Получена самая большая ароматическая молекула

Мономер, на основе которого было получено молекулярное кольцо и структура самого кольца с «распоркой» внутри, и сама циклическая молекула Фото: Martin D. Peeks et al. / Nature, 2016

Почему ароматические соединения назвали ароматическими — большая загадка. Не все представители того класса веществ, который попадает под современное определение этого термина, имеет запах, и наоборот: не все, что пахнет, ароматическое.

Критериев ароматичности существует несколько, но вкратце можно описать все ароматичные вещества как состоящие из молекул, в которых атомы выстраиваются в кольцо, а электроны, которые участвуют в образовании химических связей, обобществляются. Другими словами, если в формуле вещества есть кольцо, то соединение, скорее всего, ароматическое. Есть легенда о том, что кольцевая структура открылась академику Кекуле во сне про обезьянок, которые водят хоровод, держа друг друга за хвосты.

• 
  

  Самое простое ароматическое вещество — бензол

Обобществление электронов придает ароматическим соединениям особые физические и химические свойства — например, выдающуюся устойчивость. Чтобы соединение стало ароматическим, число электронов, участвующих в образовании связей, должно соответствовать правилу Хюккеля, то есть равняться (4n+2), где n — целое число. Редкие исключения из этого правила объясняются ароматичностью Мебиуса.

Хюккелевские ароматические молекулы могут иметь в кольце 6, 10, 14, 18, 22 и более атомов. Однако синтез больших колец с количеством атомов более 22 — дело довольно тонкое; в больших кольцах ароматичность теряется. Фиксировать их можно, если вместо отдельных атомов использовать сложные молекулярные фрагменты с жесткой геометрией. До сих пор самой большой ароматической молекулой, которую удалось синтезировать, был додекафирин — циклическая молекула, состоящая из двенадцати пятиугольных пиррольных фрагментов, соединенных по мотиву порфирина (цикл из четырех пирролов, соединенных через мостики-атомы углерода, входит в состав гема, хлорофилла, феофитина).

• 
  

  Фото
  Строение циклического гексамера порфирина с молекулой-«распоркой» в центре. Фото: Martin D. Peeks et al. / Nature, 2016

В этот раз химики пошли на рекорд и «собрали» из порфириновых структур. Ее структурная формула напоминает колесо автомобиля с «покрышкой» из замкнутых в кольцо порфиринов, изнутри укрепленной плоским каркасом.

Молекула содержит 78 сопряженных электронов. Это абсолютный рекорд. Ее огромные для микромира размеры позволили ученым сравнить магнитные свойства ароматического соединения с магнитными свойствами в наноколечках из металлов и полупроводниковых материалов. Раньше это было сделать очень сложно, поскольку размеры наноколец на на порядок превышали размеры самых крупных наномолекул.

Исследование опубликовано в журнале Nature.