Chemikom z Wielkiej Brytanii udało się uzyskać cykl 48 atomów węgla w roztworze. Aby to osiągnąć, musieli oni owinąć cykl węglowy trzema sekundami, aby cząsteczki cyklokarbonu nie reagowały ze sobą. Uzyskany cyklokarbon okazał się stabilny w roztworze w niskiej temperaturze, ale natychmiast uległ rozkładowi po odparowaniu rozpuszczalnika, piszą autorzy badania w czasopiśmie „Science”.
W cząsteczkach cyklokarbonów atomy węgla są połączone cyklicznie wiązaniami wielokrotnymi. Jednocześnie w tych związkach nie występują inne atomy, dlatego można je uznać za odrębną odmianę alotropową węgla. W roztworze lub fazie stałej w temperaturze pokojowej substancje te są niestabilne i szybko się rozkładają, dlatego zazwyczaj otrzymuje się je na substratach w temperaturze poniżej 10 kelwinów.
Chemicy pod kierownictwem Harry'ego L. Andersona z Uniwersytetu Oksfordzkiego postanowili uzyskać cyklokarbon w roztworze, pomimo jego niestabilności. Pomysł naukowców polegał na syntezie pochodnej cyklokarbonu, w której kilka cyklicznych cząsteczek organicznych będzie owiniętych wokół łańcucha węglowego. Chemicy założyli, że cząsteczki te będą chronić łańcuch węglowy przed kolizjami z sąsiednimi cząsteczkami, a w konsekwencji przed szybkim rozkładem.
Naukowcy rozpoczęli syntezę bazy cyklokarbonu. Najpierw zabezpieczyli reaktywne wiązania potrójne w substancjach wyjściowych za pomocą koordynacji z kobaltem. Następnie, z otrzymanych alkinów, naukowcy wyodrębnili katenan, w którym zasada cyklokarbonu z zabezpieczonymi wiązaniami potrójnymi była otoczona trzema pierścieniami organicznymi.
Następnie naukowcy rozpoczęli usuwanie zabezpieczenia kobaltem z wiązań potrójnych. Aby to zrobić, musieli przetestować wiele warunków reakcji i ostatecznie zdecydowali się na mieszaninę kwasu metachloronadbenzoesowego i bipirydyny. Naukowcy zmieszali je z katenanem w dichlorometanie, a powstały produkt oczyszczono za pomocą chromatografii żelowej. Widma masowe roztworu uzyskanego po chromatografii potwierdziły powstanie katenanu z wolnym 48-członowym cyklem węglowym w jego zasadzie. To samo zostało potwierdzone spektroskopią NMR jąder węgla i wodoru.
Cyklokarbon chroniony dodatkowymi cyklami okazał się stosunkowo stabilny w rozcieńczonym roztworze – w temperaturze pokojowej okres półtrwania wynosił 92 godziny. Jednak gdy chemicy próbowali w ten sam sposób uzyskać wolny cyklokarbon bez dodatkowych cykli i struktury katenanowej, rozkład postępował bardzo szybko – i naukowcy nie byli w stanie uzyskać wiarygodnych dowodów na jego powstanie.
W ten sposób chemicy po raz pierwszy uzyskali cyklokarbon spleciony z katenanem o 48 atomach w roztworze. Jak zauważają naukowcy, w przyszłości zastosowana przez nich metoda stabilizacji może być przydatna również do innych niestabilnych substancji.
Niedawno rozmawialiśmy o tym, jak chemikom udało się uzyskać 18-członowy cyklokarbon poprzez manipulację atomami za pomocą skaningowego mikroskopu tunelowego.
