Ученые синтезировали карбиновое кольцо из 18 атомов углерода

С помощью системы из атомно-силового и сканирующего туннельного микроскопов группа химиков из Швейцарии и Великобритании синтезировала и описала циклическую молекулу одной из аллотропных модификаций углерода — карбина из 18 атомов углерода в конденсированной фазе. Оказалось, что связи в атомах не двойные, как предсказывали некоторые теоретические расчеты, а чередующиеся тройные с одинарными. Исследование опубликовано в Science.

Графен, углеродные нанотрубки, фуллерены — все это аллотропные модификации углерода, которые состоят из трехкоординационных атомов (с тремя соседями). В 1960-х годах в лаборатории высокомолекулярных соединений ИНЭОС удалось синтезировать полиины — цепочки, в которых каждый углерод соединен лишь с двумя соседними атомами. Чуть меньше чем через 30 лет ученые доказали существование циклических полиинов, после чего кольца исследовали и другие группы, но только в газовой фазе. В конденсированном состоянии эти высоко реакционноспособные образцы до сегодняшнего дня не удавалось изучить.

Важный вопрос о том, являются ли связи в таких кольцах чередованием тройной и одинарной, или все атомы углерода связаны кумулированными двойными связями, так и не разрешился. Различные методы квантовых расчетов предсказывали разные результаты, и ни один из экспериментов в газовой фазе не привел к выводам о структуре связей в этих молекулах.

Катарина Кайзер (Katharina Kaiser) и ее коллеги из Исследовательского отдела IBM в Цюрихе и Оксфордского университета синтезировали кольцевые молекулы С18 из окисленного прекурсора на инертной поверхности при низкой температуре и охарактеризовали их структуру. 

Химики конденсировали окисленный циклический полиин с кремниевой пластинки на охлажденную до десяти кельвинов медную поверхность Cu(111) с небольшими двухслойными островками кристаллов хлорида натрия, которые обеспечивали инертную и стабильную для радикалов и полиинов поверхность. С помощью системы из сканирующего туннельного и атомно-силового микроскопов при температуре пять кельвинов авторы воздействовали на молекулы прекурсора электрическим разрядом и изучали структуру полученных молекул. Для большей точности визуализации, авторы работы «посадили» на кончик зонда атомно-силового микроскопа молекулу СО.

Под действием электрических импульсов от молекул прекурсора составом С24О6 отщепилось шесть молекул угарного газа, и между соседними атомами углерода в кольце образовывалась третья связь. Выход продукта, по статистическим расчетам авторов, составил 13 процентов.

Исследователям удалось подробно «рассмотреть» молекулу и увидеть разницу в длинах связей между атомами углерода в кольце. Это свидетельствует о наличии чередующихся тройных связей с одинарными, как предсказывали теоретические расчеты методами Хартри-Фока, связанных кластеров и Монте-Карло.

Как утверждают авторы работы, благодаря своей высокой реакционной способности, полученные молекулы и их окисленные предшественники могут пригодиться в синтезе методом манипуляции атомов, примеров которого сейчас не так много.

Три года назад ученым удалось вырастить карбиновую цепь длиной в шесть тысяч атомов с помощью углеродных нанотрубок. О некоторых других необычных аллотропных модификациях углерода и интервью с ученым Уральского федерального университета Анатолием Зацепиным можно прочитать в нашем материале «Семь обличий углерода».

Алина Кротова

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.
Антиотражающий слой сделал мутную среду прозрачной

Европейские физики придумали, как сделать мутную рассеивающую среду полностью прозрачной для волн, установив перед ней особенным образом сконструированный антиотражающий слой. Они продемонстрировали работоспособность метода численно и экспериментально с помощью радиоволн. Исследование опубликовано в Nature.