Хіміки вперше синтезували молекулу циклоуглецю з вісімнадцяти атомів.
Чим відрізняється блискучий алмаз у дорогій оправі від графітового грифеля простого олівця? Ціною, міцністю, кольором - та практично всім! Але є у цих двох абсолютно різних матеріалів і дещо спільне, що робить їх практично рідними «братами». І алмаз, і графіт - всього лише різні форми одного і того ж хімічного елемента. Обидва матеріали складаються тільки з атомів вуглецю, а разючі відмінності у властивостях речовин виникають через різний спосіб з'єднання атомів між собою. У алмаза кожен атом вуглецю утворює зв'язок з чотирма сусідами, в результаті чого виходить тривимірна суперміцна структура. А в графіті атоми розташовані в шарах, де у кожного вуглецю міцні зв'язки тільки з трьома сусідніми атомами. Зв'язки між шарами досить слабкі, і тому графіт легко кришиться.
Графіт можна перетворити на алмаз, як, втім, і навпаки. Але чи є ще варіанти існування вуглецю в, що називається, чистому вигляді? Так, і такі форми відомі вже порівняно давно: вуглецеві нанотрубки, фулерени і графен. Першовідкривачі двох останніх навіть отримали за це Нобелівські премії. По суті, всі ці структури - це різні варіації на тему плоских графітових шарів. Графен - це шар з атомів вуглецю в його найпростішому вигляді. Нанотрубка, як це випливає з назви, являє собою дуже маленьку трубку, згорнуту з того ж графена. А фулерен - це «м'ячик» з атомів вуглецю. Але ось що хімікам довго не вдавалося, так це зробити з атомів вуглецю кільця.
Тут потрібно ще раз підкреслити різницю між молекулами, в яких є ланцюжок з атомів вуглецю, але разом з іншими атомами, і тими з'єднаннями, де є тільки атоми вуглецю і ніяких інших. Серед перших є найрізноманітніші форми і структури, власне, все різноманіття життя і не тільки будується на здатності вуглецю утворювати нескінченно довгі і різноманітні ланцюжки зв'язків. А ось якщо в нашому хімічному конструкторі крім атомів вуглецю не буде більше ніяких інших, то число реально існуючих «моделек» скоротиться на порядки. Якщо на папері і можна намалювати найрізноманітніші структури і ланцюжки (що ми, власне, робимо на уроках органічної хімії), то ось в реальності такі структури виявляються нежиттєздатні і тут же розвалюються на шматочки.
А днями хіміки з Оксфордського університету і дослідницького центру IBM повідомили про перший успішний синтез молекули, що містить вісімнадцять атомів вуглецю, об'єднаних у кільце. І так, тут немає ніякої помилки, вони отримали саме молекулу - в єдиному екземплярі. Однак цей синтез дуже сильно відрізнявся від звичних хімічних дослідів. Спочатку дослідники взяли молекулу, в якій вже містився прообраз майбутнього вуглецевого кільця, але воно було стабілізовано своєрідними «скріпками», які не давали йому розвалитися.
Отриману заготовку потім розмістили на спеціально підготовленій підкладці. Після чого при низькій температурі і низькому тиску за допомогою атомно-силового мікроскопа від цієї молекули послідовно відокремили ті самі скріпки, залишивши одне вуглецеве, що складається з вісімнадцяти атомів. Що найдивовижніше, молекула не розвалилася і залишилася «лежати» на підкладці в цілості і збереження.
Найбільше дослідників цікавило питання, як влаштовані зв'язки між атомами вуглецю в кільці. Уявімо, що у вуглецю є чотири «руки» - вони будуть символізувати чотири хімічні зв'язки. Коли такі чотирирукі атоми знаходяться в кільці, у них є два варіанти, як триматися один за одного. Перший варіант, коли кожен атом тримає сусіда ліворуч і праворуч двома руками. У такому випадку всі зв'язки в кільці будуть однаковими і за довжиною і за міцністю. В іншому варіанті атом вуглецю може тримати сусіда ліворуч однією рукою, а сусіда праворуч - усіма трьома руками. Тоді в кільці чергуватимуться одинарні зв'язки і потрійні. Ось саме другий варіант і підтвердився на практиці для вуглецевого кільця з вісімнадцяти атомів.
Що може бути корисною в цій незвичайній речовині, якщо тільки щоб отримати одну його молекулу, потрібно витратити такі величезні зусилля? Дослідники припускають, що у подібних систем можуть бути властивості напівпровідників, і цілком можливо, що в майбутньому їм знайдуть своє застосування. До того ж ця робота відкриває цілий новий напрямок у синтезі вуглецевих з'єднань.
За матеріалами Science