Supramolekylær kompleksdannelse - anthracen makrocyklus og C60 fulleren

Saturn er den næststørste planet i vores solsystem og har en karakteristisk ring. Japanske forskere har nu syntetiseret en molekylær "nano-Saturn". Som forskerne rapporterer i tidsskriftet Angewandte Chemie , den består af en sfærisk C60 fulleren som planeten og en flad makrocykel lavet af seks anthracene enheder som ringen. Strukturen bekræftes af spektroskopiske analyser og røntgenanalyser.

Nano-Saturn-systemer med et sfærisk molekyle og en makrocyklisk ring har været et fascinerende strukturelt motiv for forskere. Ringen skal have en stiv, cirkulær form, og skal holde den molekylære sfære fast i sin midte. Fullerener er ideelle kandidater til nano-sfæren. De er lavet af kulstofatomer forbundet til et netværk af ringe, der danner en hul kugle. Den mest berømte fullerene, C ₆₀ , består af 60 kulstofatomer arrangeret i 5- og 6-leddede ringe som læderlapperne på en klassisk fodbold. Elektronerne i deres dobbeltbindinger, kender som π-elektronerne, er i en slags "elektronsky, "i stand til at bevæge sig frit og have bindende interaktioner med andre molekyler, såsom en makrocyklus, der også har en "sky" af π-elektroner. De attraktive vekselvirkninger mellem elektronskyerne gør det muligt for fullerener at sætte sig i hulrummene i sådanne makrocykler.

En række af sådanne komplekser er tidligere blevet syntetiseret. På grund af elektronskyernes positioner omkring makrocyklerne, det var tidligere kun muligt at lave ringe, der omgiver fulleren som et bælte eller et dæk. Ringen omkring Saturn, imidlertid, er ikke som et "bælte" eller "dæk, " det er en meget flad skive. Forskere, der arbejder ved Tokyo Institute of Technology og Okayama University of Science (Japan) ønskede at efterligne dette ordentligt på nanoskala.

Deres succes skyldtes en anden type binding mellem "nano-planeten" og dens "nano-ring." I stedet for at bruge attraktionen mellem π-elektronskyerne i fulleren og makrocyklussen, teamet, der arbejder med Shinji Toyota, brugte de svage attraktive vekselvirkninger mellem π-elektronskyen af ​​fullerenen og ikke-π-elektronen i kulstof-brint-grupperne i makrocyklussen.

For at konstruere deres "Saturn ring, "forskerne valgte at bruge antracen -enheder, molekyler lavet af tre aromatiske seksleddede kulstofringe forbundet langs deres kanter. De sammenkædede seks af disse enheder til en makrocyklus, hvis hulrum var den perfekte størrelse og form til en C ₆₀ fullerene. Atten brintatomer i makrocyklussen rager ind i midten af ​​hulrummet. I alt, deres interaktioner med fulleren er nok til at give komplekset tilstrækkelig stabilitet, som vist ved computersimuleringer. Ved at bruge røntgenanalyse og NMR-spektroskopi, holdet var i stand til eksperimentelt at bevise, at de havde produceret Saturn-formede komplekser.