Новости химической науки > Молекулярное колесо диаметром 12 нанометров

Исследователям из Германии, похоже, удалось в очередной раз успешно изобрести колесо, на этот раз молекулярное. Они сообщают об успешном синтезе самого большого на настоящий момент «молекулярного колеса» – молекулы-шестиугольника с молекулярной формулой C₁₈₇₈H₂₆₈₂ и диаметром 12 нанометров.

Руководитель исследования Сигурд Хогер (Sigurd Höger) из Университета Бонна (Германия) отмечает, что сборка больших и плоских молекулярных колес – далеко не такое простое занятие, как может показаться с первого раза. Дело в том, что макроциклические молекулы-колеса с пустыми полостями начинают схлопываться уже при достижении диаметра в 5 нанометров. Исследователи из группы Хогера нашли способ стабилизировать молекулы большего размера, введя в них элемент, привычный для обычных, макроразмерных колес – они добавили в молекулярное колесо молекулярные спицы.

Изображение двенадцатинанометрового молекулярного колеса, полученное с помощью электронной микроскопии (слева). Схематическое изображение шестиугольника, содержащего (в том числе и в спицах) 1878 атомов углерода. (Рисунок из J. Am. Chem. Soc. 2014, DOI: 10.1021/ja5096705)

В новой молекуле, в состав которой входит 1878 атомов углерода, спицы расходятся в радиальных направлениях от центральной «втулки» подобно тому, как расположены спицы в велосипедном колесе. Молекулярная втулка представляет собой гексафенилбензольный фрагмент. К каждому из шести фенильных колец присоединяется стрелообразный молекулярный элемент. Древком этой «стрелы» является спица молекулярного колеса, а «острием» – фрагмент его обода. В качестве материала и для спиц, и для обода используются линейные олигофениленэтиниленбутадиинилены. Окончательное формирование углеводорода C₁₈₇₈H₂₆₈₂ происходит при ковалентном объединении сегментов обода молекулярного колеса. В боковых фрагментах обода и спиц содержатся алкильные цепи С₁₂, цель которых – увеличение растворимости молекулярного колеса в органических растворителях.

Суммарный выход, с которым получено мегамолекулярное колесо, в работе не приводится, тем не менее, отмечено, что стадии получения промежуточных веществ протекают с хорошими или отличными выходами. Вещество было изучено с помощью масс-спектрометрии, окончательно его строение и форма были установлены с помощью сканирующей туннельной микроскопии.

Хогер говорит, что высокая общая стоимость получения C₁₈₇₈H₂₆₈₂ практически не оставляет вероятности на его практическое применение, однако эта система может оказаться очень удачной моделью для изучения светособирающих молекулярных электронных устройств. В частности, в планы Хогера входит использование нового молекулярного монстра в качестве шаблона для проверки электроноакцепторных свойств фуллеренов при их применении в устройствах по конверсии солнечной энергии. Исследователи предполагают параллельно ориентировать молекулярные колеса и вложить фуллерены в треугольные поры. Такое расположение позволит фуллеренам образовать ровную стопку, и электроны, высвобождающиеся каким-либо другим материалом, смогут без проблем перескакивать от одной молекулы фуллерена к другой, достигая в итоге электрода.

По словам Хогера, существует принципиальная возможность еще в большей степени увеличить длину строительных блоков и получить молекулярное мегаколесо с диаметром 20 нанометров, но в настоящий момент работы в этом направлении не ведутся, в первую очередь – из-за недостаточного финансирования.

Источник: J. Am. Chem. Soc. 2014, DOI: 10.1021/ja5096705

метки статьи: #нанотехнологии, #органическая химия, #органический синтез