Химики синтезировали рекордно большое ароматическое кольцо

Химики синтезировали рекордно большое ароматическое кольцо

Химики из Оксфордского университета синтезировали вещество с рекордным размером ароматического молекулярного кольца. Олигомер порфирина содержит в своей системе 78 сопряженных электронов, в полтора раза больше, чем у предыдущего рекордсмена. По словам авторов, такие системы позволяют выяснить, чем токи в молекулах отличаются от токов в наноразмерных металлических и полупроводниковых кольцах. Исследование опубликовано в журнале Nature.

Для того чтобы быть ароматичным, соединение обязано быть циклическим (замкнутым), его атомы должны образовывать сопряженную систему, по которой могут свободно перемещаться электроны. Количество электронов в этой системе должно соответствовать формуле [4n + 2], за редким исключением в виде ароматичности Мебиуса. Также традиционно от молекулы требуют, чтобы она была плоской. Если число электронов кратно четырем, то систему называют антиароматичной — она не так стабильна, а в магнитных полях не экранирует, а наоборот усиливает действие поля на центральную часть молекулы.

Для этого использовался метод ядерного (протонного) магнитного резонанса. Каждый атом водорода в молекуле способен взаимодействовать с внешним магнитным полем. Его ядро (протон), подобно магниту, пытается направить свой спин параллельно полю — его направление начинает прецессировать (вращаться) вокруг направления линий магнитного поля. Существует еще одно допустимое состояние — когда спин направлен строго против линий магнитного поля. Разность энергии этих двух состояний примерно соответствует радиочастотному излучению. Поэтому если поместить вещество, содержащее атомы водорода в магнитное поле и облучать его изучением различной частоты, при определенном значение возникнет резонансное поглощение — ядра атомов водорода начнут активно поглощать кванты излучения и менять направление своих спинов.

Точное значение этой частоты определяется величиной магнитного поля, которую «чувствует» данный протон. Она отличается от приложенного внешнего магнитного поля из-за эффектов экранирования ароматических и антиароматических структур, а также из-за магнитных полей соседних атомов.

Интересно, что ароматичность в предложенной структуре легко переключалась. Для этого ученые использовали электрохимическое окисление. Этот процесс отрывает определенное количество электронов от молекулы, в зависимости от подаваемого напряжения.

Аналогичные токи экранирования ученые наблюдали и в наноразмерных металлических и полупроводниковых кольцах. Они связаны с существованием фазовых когерентных состояний в материалах. Как и в ароматических и антиароматических соединениях направления токов зависят от количества электронов в системе — точнее, от остатка деления этого числа на четыре. Однако размеры металлических колец на порядки превышают размеры молекулярных колец (20-1000 нанометров против 1-2 нанометров). Исследование взаимосвязи между квантовой когерентностью в «больших» кольцах и ароматичностью в «маленьких» позволит лучше понять природу наблюдаемых эффектов.

Помимо ароматичности, возникающей в плоских кольцах, предсказано существование суперароматичности — состояния, возникающего в сферических конструкциях. Как и в ароматических соединениях, суперароматические каркасы будут сильно экранировать атомы, находящиеся внутри их, от магнитных полей. Для того, чтобы соединение было суперароматичным, в его сопряженной системе должно быть 2(N+1)2 электронов. Такие объекты до сих пор не были найдены. В качестве кандидата на суперароматичность назывался фуллерен C50.

Владимир Королёв

N+1

Похожие новости:
Химики синтезировали самую полярную молекулу
Химики из Германии и Греции синтезировали вещество-рекордсмен по значению дипольного момента — свыше 14 дебай. Эта величина показывает насколько разделены положительный и отрицательный заряды внутри электронейтральной в данном случае молекулы. По словам авторов, такие соединения могут найти применение в оптоэлектронике, ..
2016-02-11 1612 0 Технология
0
Химики синтезировали коллекцию металлических наночастиц
Химики из Северозападного университета (США) разработали способ эффективно синтезировать большие библиотеки наночастиц, состоящих из разных элементов. С помощью чипов, содержащих сотни различных наночастиц ученые надеются во много раз ускорить поиск новых катализаторов и материалов для оптоэлектроники. Исследование ..
2016-06-26 1331 0 Технология
0
Химики изобрели материал для высасывания кислорода из воздуха
Химики из Дании и Австралии синтезировали кристаллические материалы, которые способны собирать кислород из воздуха. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Chemical Science, а кратко с ними можно ознакомиться на сайте Университета Южной Дании. По словам ученых, одной ..
2014-10-02 1778 0 Технология
0
NFC-кольцо позволит вам разблокировать дверь одним пальцем
Стандарт беспроводной связи ближнего радиуса действия (NFC) – это технология, от которой так и пышет потенциалом. Несмотря на то, что массовое введение в обращение коммуникаций ближнего поля пошло не так, как планировалось, это не означает, что NFC не является всё ещё неизведанной территорией для больших проектов. Если вы возьмёте ..
2013-07-24 1381 0 Технология
0
Ученые напрямую получили из углекислого газа молекулярный кислород
Химики из США продемонстрировали простой способ прямого образования из углекислого газа молекулярного водорода и атомарного углерода. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Science. Молекулярный кислород и атомарный водород ученые получили при помощи действия на углекислый газ высокоэнергетического ультрафиолетового излучения ..
2014-10-04 4652 0 Технология
0
Химики создали супергидрофобную медь из «красного дерева»
Химики из Нанкинского Научно-Технологического Университета разработали новый способ синтеза супергидрофобной меди на основе древесины азиатского «красного дерева». Исследование опубликовано в журнале Scientific Reports.Авторы работы использовали структуру древесины диптерокарпа в качестве шаблона для будущего материала. Ученые ..
2016-01-15 1234 0 Технология
0
Химики создали рекордно устойчивые нанопровода для батареек
Химики из Университета Калифорнии разработали рекордно устойчивые к перезарядке электроды на основе тонких волокон. По словам исследователей, подобный материал для литий-ионных батарей позволит обеспечить сотни тысяч циклов зарядки без падения электрической емкости. Исследование опубликовано в журнале ACS Energy ..
2016-04-21 1834 0 Технология
0
Электрический выключатель из одной молекулы проработал год
Химики из Китая, США и Израиля создали рекордно устойчивый мономолекулярный электрический переключатель — он способен функционировать на протяжении года. Для того, чтобы включить или выключить его требуется лишь посветить на него светом определенной длины волны. Независимые эксперты отмечают, что стабильность, которой ..
2016-06-18 1501 0 Технология
0
Химики создали молекулярные сети для одиночных вирусов
Химики из Университета Индианы разработали методику, позволяющую защищать частицы вирусов от внешней среды с помощью тонких молекулярных сетей. Она основана на самосборке металлорганических каркасов вокруг вируса. Образующейся молекулярной пленки оказывается достаточно, чтобы удерживать воду внутри ..
2016-08-03 2651 0 Технология
0
Создана первая супермолекула из искусственных атомов
Исследователи из Колумбийского университета в Нью-Йорке впервые создали молекулы из суператомов — кластеров атомов, которые способны имитировать свойства других элементов периодической системы. Для этого ученые использовали кобальт и селен, а также металлоорганические соединения. Статья, описывающая результаты работы, ..
2016-07-21 2261 0 Технология
0
Нанопоры помогут в «опознании» единичных молекул белка
Химики из США и Швейцарии под руководством Майкла Майера (Фрибурский университет) разработали методику определения единичных молекул белков по их поведению в зептолитровом объеме специально сконструированной нанопоры. Ученые нашли способ определять одновременно форму, объем, электрический заряд, дипольный момент ..
2017-01-18 4685 0 Технология
0
Создана первая супермолекула из искусственных атомов
Исследователи из Колумбийского университета в Нью-Йорке впервые создали молекулы из суператомов — кластеров атомов, которые способны имитировать свойства других элементов периодической системы. Для этого ученые использовали кобальт и селен, а также металлоорганические соединения. Статья, описывающая результаты работы, ..
2016-07-24 2318 0 Технология
0
Ученые создали искусственные вирусы без ДНК
Биохимики из Вашингтонского университета смоделировали, а затем синтезировали белки, которые способны объединяться, образуя икосаэдр. Такие сложные молекулы, чья форма соответствует оболочкам многих вирусов, могут применяться в качестве транспорта для доставки лекарств и других активных веществ в раковые ..
2016-06-21 1497 0 Технология
0
Химики разработали холодный припой
Химики из Университета Айовы разработали технологию холодной пайки металлом, позволяющую без использования нагрева скреплять между собой проводники (например, токопроводящие дорожки или провода) простым нанесением пасты и механическим растиранием. Метод использует переохлажденные капли жидкого металла ..
2016-03-05 2048 0 Технология
0
Ученые создали способ быстрого обмена информацией
Сколько мобильных электронных устройств существует сейчас? Смартфон, ноутбук, планшет, цифровой фотоаппарат, может быть, даже умные часы? И как часто нужно передавать изображения, документы или видео между этими устройствами? InTouch-технология, разработанная учеными из научно-исследовательского центра ..
2013-11-22 1267 0 Технология
0