Химики синтезировали новую аллотропную форму углерода

Слева: Химическая структура цикло[48]углерода [4]катенана. Справа: Пространственная модель. Автор: Гарри Андерсон.

В новом исследовании, проведённом химиками Оксфордского университета, удалось синтезировать циклоуглерод, который остаётся стабильным в растворе при комнатной температуре, что позволяет провести его спектроскопический анализ. Результаты работы опубликованы в журнале Science.

Создание новой молекулярной формы углерода, которую можно изучать в обычных лабораторных условиях, — редкое достижение. Единственным предыдущим примером был синтез фуллеренов в 1990 году.

В новом исследовании молекула цикло[48]углерода была синтезирована в форме катенана — кольцо C₄₈ продето через три других макроцикла. Эти дополнительные структуры повышают стабильность C₄₈, защищая его от разрушения.

Ранее углеродные кольца изучались только в газовой фазе или при сверхнизких температурах (4–10 К). Теперь же команда создала циклоуглерод, стабильный в растворе при 20°C (период полураспада — 92 часа). Этого удалось добиться благодаря использованию макроциклов, выбору крупного циклоуглерода с низким уровнем напряжения и разработке мягких условий реакции для финального этапа синтеза.

Катенан был исследован с помощью масс-спектрометрии, ЯМР, УФ-видимой и Рамановской спектроскопии. Наблюдение единого интенсивного сигнала ¹³C ЯМР для всех 48 sp¹ атомов углерода подтвердило их эквивалентное окружение, что стало ключевым доказательством структуры.

Пространственная модель цикло[48]углерода [4]катенана. Автор: Гарри Андерсон.

Слева направо: Авторы исследования Пракар Гупта, Юэцзэ Гао и Гарри Андерсон с моделью части катенана. Автор: Доктор Роберт Айхельманн.

Ведущий автор исследования доктор Юэцзэ Гао (факультет химии Оксфордского университета) отметил: «Стабилизация циклоуглеродов в пробирке при обычных условиях — фундаментальный шаг. Это упростит изучение их реакционной способности и свойств в стандартных лабораторных условиях».

Старший автор работы профессор Гарри Андерсен добавил: «Это достижение стало кульминацией долгих усилий по синтезу циклоуглеродных катенанов, основанных на надежде, что они окажутся достаточно стабильными для исследований при комнатной температуре.

Изначальный грант был написан в 2016 году на основе предварительных результатов 2012–2015 годов. Приятно достичь этой цели, ведь много раз она казалась нереалистичной. Эта работа была бы невозможна без выдающихся возможностей ЯМР-спектроскопии на химическом факультете Оксфорда».

Подробнее: Yueze Gao et al, Solution-phase stabilization of a cyclocarbon by catenane formation, Science (2025). DOI: 10.1126/science.ady6054. www.science.org/doi/10.1126/science.ady6054

Источник: University of Oxford