Химики синтезировали цикл из шестнадцати атомов углерода

Химики из Великобритании и Швейцарии синтезировали новую аллотропную модификацию углерода — шестнадцатичленный дважды антиароматический углеродный цикл. Ученые получили его на подложке из хлорида натрия из соответствующего полиацетилена с помощью сканирующего туннельного микроскопа. И хотя раньше это соединение уже наблюдали в газовой фазе, как пишут авторы статьи в Nature, им впервые удалось охарактеризовать его в конденсированной фазе.

В циклических полиацетиленах, не содержащих атомов водорода, два набора p-орбиталей атомов углерода сопряжены друг с другом. При этом один набор лежит в плоскости цикла, а другой перпендикулярен ей. Оба этих набора образуют циклическую сопряженную систему, которая подчиняется правилам ароматичности Хюккеля (подробнее про них читайте в нашем материале «4N + 2»). Если в каждой из этих сопряженных систем делокализовано 4N + 2 электронов, где N — целое неотрицательное число, то весь углеродный цикл оказывается дважды ароматическим. А если 4N электронов — антиароматическим.

Дважды ароматические углеродные циклы с 10, 14 и 18 атомами углерода химики уже успешно синтезировали. Напротив, дважды антиароматические производные ученые наблюдали только в газовой фазе. Но химикам под руководством Гарри Андерсона (Harry L. Anderson) из Оксфордского университета удалось получить 16-членный дважды антиароматический цикл в конденсированной фазе. Для этого химики провели окислительное сочетание триацетилена с двумя защищенными ацетиленовыми группами и симметричного дибромгексендиина в присутствии хлорида меди. С полученного полиацетилена химики сняли часть защитных групп, а затем с помощью сублимации нанесли получившийся продукт на подложку из меди, покрытую хлоридом натрия.

Чтобы получить нужный антиароматический цикл, химики использовали сканирующий туннельный микроскоп, способный создавать разность потенциалов между поверхностью образца и иглой. Когда химики увеличили разницу потенциалов между поверхностью и иглой до трех вольт, образовался нужный продукт — нейтральный шестнадцатичленный углеродный цикл С₁₆. Также образовались два побочных продукта — циклические моноанион C₁₆^- и дианион C₁₆^2-.

Полученные продукты химики охарактеризовали с помощью атомно-силовой и сканирующей туннельной микроскопии. Они обнаружили, что в нейтральном продукте длины связей углерод-углерод чередуются в соответствии с результатами проведенных квантово-химических расчетов. Так ученые подтвердили двойную антиароматичность полученного продукта.

В результате химики впервые получили вещество, состоящее из дважды антиароматических молекул, в конденсированной фазе. Оно оказалось очень неустойчивым, поэтому все эксперименты по характеризации химики проводили при пяти кельвинах. Тем не менее, как считают авторы статьи, реакционная способность полученного продукта позволит получить из него новые аллотропные модификации углерода.

Недавно мы рассказывали о том, как химики получили еще один новый аллотроп углерода — гамма-графин — с помощью обратимой реакции метатезиса.