Химические связи развиваются под присмотром ученых

Группа исследователей из Университета Дарема и Университета Йорка довела молекулы до предела, чтобы бросить вызов пониманию химических связей.

Ученые исследовали, сколько скручиваний может выдержать химическая связь в ароматическом кольце, прежде чем она порвется.

Они добились этого, создав переполненные ароматические кольца, используя тропилий вместо бензола, который делит электроны вокруг кольца из семи атомов углерода.

Каждый из этих атомов углерода может быть функционализирован, и наличие семи точек присоединения в кольце, а не шести атомов углерода, как у бензола, позволило исследователям втиснуть больше групп по краю ароматического кольца, что вызвало большее напряжение. Исследователи обнаружили, что низкий уровень перенаселенности заставлял кольцо скручиваться, но не разрушал его ароматическую связь.

Электроны вокруг кольца из семи атомов углерода

Добавляя все более крупные группы по краю кольца, команда скрутила кольцо еще больше, что в конечном итоге привело к разрыву ароматической связи.

Электроны больше не вращаются вокруг семи атомов углерода, вместо этого кольцо сжимается посередине, образуя два меньших плоских кольца. Удивительно, но исследователи обнаружили, что существует точка равновесия, когда кольцо прыгает туда-сюда между ароматической структурой и двумя меньшими кольцами.

7-членное кольцо (слева) становится настолько тесным по своей периферии, что перестраивается, сжимаясь посередине (справа), при этом молекула чередуется между двумя структурами. Предоставлено: Даремский университет.

Одна молекула, полученная в этом исследовании, проводит 90% своего времени в виде защемленной структуры и 10% своего времени в виде более крупного ароматического кольца.

Полные результаты исследования опубликованы в журнале Nature Chemistry.

Размышляя о результатах исследования, доктор Пол Макгонигал из Йоркского университета сказал:

• «В этих переполненных молекулах напряжение и ароматическая связь тонко сбалансированы. Структура, свойства и потенциальное применение материала в конечном итоге определяются этим балансом. Точный контроль за скручиванием наших молекул беспрецедентен. Мы не только смогли скрутить ароматическую молекулу до максимального напряжения, которое она может выдержать, но и выяснить, что происходит, когда мы выходим за этот предел. Мы надеемся, что это исследование станет шагом к тому, чтобы мы могли более регулярно «выключать» и «включать» ароматическую связь контролируемым образом».

Обратимое сжатие и повторное раскрытие ароматического кольца

Ведущий исследователь проекта Промит Саха из Университета Дарема сказал:

• «Обратимое сжатие и повторное раскрытие ароматического кольца действительно поразительны. Ароматическая связь является такой мощной стабилизирующей силой, что мы обычно думаем о ней как о постоянном присутствии. Однако наши результаты показывают, что он может быть удивительно динамичным».

Химическая связь в ароматических молекулах играет ключевую роль в структуре, стабильности и функционировании таких химических веществ, как лекарства и пластмассы.

Источник

Метки: Материаловедение