Вперше в історії хімії дослідники Оксфордського університету стабілізували 48-атомне вуглецеве кільце, відкривши нову еру в дослідженні алотропів карбону.

Цикло[48]карбон — молекула, що складається лише з атомів вуглецю, — є вражаючою структурою з чергуванням одинарних і потрійних зв’язків. Унікальність відкриття полягає в тому, що ця молекула залишається стабільною в рідкому розчині при кімнатній температурі. “Досягнення стабільності цикловуглеводнів у пробірці за атмосферних умов є фундаментальним кроком”, — пояснює доктор Юезе Гао, провідний автор дослідження.

Це лише другий випадок, коли новий алотроп вуглецю можна досліджувати в звичайних умовах. Першим були фулерени, відкриті Крэтшмером у 1990 році. Сучасна команда хіміків створила цикло[48]карбон у вигляді [4]катенану — конфігурації, в якій вуглецеве кільце протягнуте через три захисні макроцикли. Таке просторове оточення перешкоджає розпаду молекули.

Стабільність молекули забезпечили одразу кілька факторів: вибір великого кільця з мінімальною деформацією, оптимальні умови реакції та присутність макроциклів. Напіврозпад молекули триває 92 години — рекордний показник для цього типу структур. Уперше циклогенкарбон вивчається не лише в газовій фазі або при наднизьких температурах, а в реальному рідкому середовищі за 20°C.

Ідентифікацію нової структури підтвердили комплексом методів: мас-спектрометрією, ЯМР, УФ-спектроскопією та спектроскопією комбінаційного розсіювання. Єдиний чіткий сигнал ^13C ЯМР для всіх 48 атомів вуглецю sp? підтвердив симетричність і правильність будови молекули. “Це переконливий доказ існування саме тієї структури, яку ми проєктували”, — зазначає професор Гаррі Андерсен.

Це відкриття розширює горизонти вивчення чисто вуглецевих структур, які раніше були доступні лише в екстремальних лабораторних умовах. Тепер же їхні властивості можна аналізувати в розчині, що значно спрощує подальші дослідження.

“Було багато моментів, коли мета здавалася нереальною і недосяжною”, — згадує команда. Перша заявка на фінансування цього дослідження була подана ще у 2016 році, на основі результатів 2012–2015 років. Досягнення стало можливим завдяки унікальному ЯМР-обладнанню хімічного факультету Оксфорда, яке дозволило здійснити точні спостереження.

Відкриття цикло[48]карбону не лише демонструє хімічну досконалість, а й відкриває шлях до нових функціональних матеріалів, розширюючи межі вуглецевої науки та нанотехнологій.