Химики из Великобритании предложили метод получения органических наноремней, построенных из порфириновых фрагментов. Полученные наноремни с четным количеством порфириновых частей проявляли ароматические свойства, а с нечетным — антиароматические. Исследование опубликовано в журнале Science.
Молекулы могут быть ароматическими или антиароматическими в зависимости от того, сколько электронов содержит их сопряженная структура, и какова геометрия молекулы. В простых случаях ароматичность можно предсказать с помощью правил Хюккеля (о них можно прочитать в нашем тексте «4N + 2»), но для сложных полициклических молекул они работают не всегда.
Чтобы выяснить, ароматична ли та или иная молекула, ее нужно синтезировать и изучить с помощью ЯМР-спектроскопии. Если в молекуле есть кольцевые токи, их можно детектировать с помощью ЯМР, и на их основе сделать вывод об ароматичности.
Именно этим и занялись химики под руководством Гарри Андерсона (Harry L. Anderson) из Оксфордского университета. Они решили получить органический наноремень, содержащий порфириновые фрагменты. Чтобы его синтезировать, химики взяли комплекс дибромпорфирина с никелем, и ввели его в реакцию сочетания в присутствии никелевого катализатора. В результате вместо связей углерод-бром между порфиринами образовались связи углерод-углерод, и получилась смесь наноколец с разным числом порфиринов в цикле. Ее ученые разделили с помощью эксклюзионной хроматографии.
Далее химики смешали полученные нанокольца с хлоридом золота AuCl3 и трифлатом серебра AgOTf. При этом образовались дополнительные связи углерод-углерод между порфириновыми фрагментами, и нанокольца превратились в наноремни. Часть наноремней, содержащих от 8 до 12 порфириновых фрагментов, химикам удалось исследовать с помощью ЯМР-спектроскопии. На основе химических сдвигов порфириновых протонов, они сделали вывод, что ремни с четным количеством порфиринов ароматичны, а с нечетным — антиароматичны. Этот вывод потдвердили и ядерно-независимые химические сдвиги, рассчитанные учеными.
Так химики впервые получили порфириновые наноремни и изучили их электронную структуру. Они предполагают, что полученные ремни могут проявлять эффект Ааронова — Бома, что может быть полезно для создания молекулярных интерферометров.
Ранее мы рассказывали о том, как химики использовали азиатскую хлопковую совку, чтобы окислить углеродный наноремень.