Allotropických modifikací uhlíku známe už opravdu velké množství, ale zatím tam chyběly větší cyklické molekuly. V nové studii je popsána syntéza cyklu C48, který je stabilizován třemi makrocykly, se kterými vytváří katenan.
Mezi nejznámější a nejdůležitější allotropy uhlíku patří diamant, grafit a grafen. Ale kromě nich známe ještě spoustu dalších struktur. Loni jsem na toto téma vytvořil seriál pro soutěž KSICHT (viz archív soutěže, ročník 2024/2025).
Allotropické modifikace – allotropy prvku jsou rozdílné strukturní modifikace daného prvku, mají odlišné fyzikální i chemické vlastnosti.
Makrocyklus – molekula obsahující cykly tvořené minimálně dvanácti atomy.
Katenan – systém dvou a více makrocyklů, které jsou mechanicky propojeny (provlečeny). Za objev katenanů a jejich příspěvek ke konstrukci molekulárních strojů byla v roce 2016 udělena Nobelova cena za chemii.
Větší cykly sestávající pouze z atomů uhlíku mají velmi vysokou reaktivitu a lze je proto studovat pouze v plynné fázi nebo za velmi nízkých teplot. Chemici z Oxfordu ale prokázali, že lze reaktivitu těchto cyklů výrazně snížit vytvořením katenanů, tzn. vytvořením systému čtyř navzájem provlečených kruhů.
Syntéza byla poměrně obtížná a zdlouhavá a je pěkně popsána v supplementu k článku, který je (na rozdíl od samotného článku) volně dostupný.[1] Struktura je tvořena uhlíky s hybridizací sp, to bylo prokázáno jak pomocí 13C NMR spektroskopie, kde byl pozorován jen jeden singlet o posunu 72,9 ppm, tak i pomocí Ramanovy spektroskopie, která ukázala intenzivní vibrační pás o posunu 1890 cm-1.
Hlavním přínosem této práce je výrazné snížení reaktivity uhlíkových makrocyklů, připravený allotrop je stabilní v roztoku při pokojové teplotě. Bohužel není použitá metoda tvorby katenanu úplně triviální, což limituje její využití.