Молекулярная наноуглеродами с механическим облигаций

Углеродных материалов с нано-периодичность таких как графен и углеродные нанотрубки, называется «наноуглеродов,» должны стать легкие, очень функциональные материалы нового поколения. Есть спрос на точные методы синтеза ориентация только на структуру наноуглерода с нужным свойством, потому что их электронные и механические свойства сильно различаются в зависимости от структуры. При таких обстоятельствах, «молекулярная наноуглеродных науки», в котором органический синтез используется, чтобы точно синтезировать молекулы с частичным структур наноуглеродов, недавно привлекла внимание и, следовательно, много научно-исследовательских проектов ведутся по всему миру.

До сих пор, очень много молекул, обладающих частичной структуры фуллеренов, графена и углеродных нанотрубок (молекул наноуглеродами) были синтезированы. Они, однако, относительно более простой структуры с точки зрения топологии. С другой стороны, большое количество наноуглеродами со сложной топологией, таких как пончик в форме (ТОР) или катушки в форме были предсказаны с точки зрения теоретической химии, и поэтому исследователи были заинтересованы в неизвестных свойств таких наноуглеродов. В качестве первого шага для точного синтеза таких наноуглеродов, команда во главе с Yasutomo Сегава, руководитель группы по JST-Эрато проекта, и Кеничиро Итами, директор по JST-Эрато проекта и директор Центра ITbM предложил «топологической молекулярной наноуглеродов,» которые являются молекулярными наноуглеродами со сложной топологией.

В данном исследовании им удалось синтезировать молекулярный наноуглеродами с узелками и catenanes, которые являются основными типами топологии. Молекулы, называемые catenanes и узлы были синтезированы, начиная с 1960-х и 1980-х годах, соответственно. В последние годы, такие молекулы должны быть применимы к молекулярным машинам (машины нано -) и хорошо известны поводом для присуждения Нобелевской премии по химии 2016. Однако, для создания конструкций, узлов или catenanes, надо было ввести атомы азота или атомы кислорода и водворять структуры на топологических помощью таких атомов как средство достижения цели. Таким образом, новый метод синтеза были разработаны для синтеза молекулярных наноуглеродами с узелками или catenanes.

Молекулярный наноуглерод «cycloparaphenylene,» частичный структура углеродных нанотрубок, представляет собой кольцевые молекулы диаметром примерно 1 нм, состоящую из бензола. Они думали, что они могли бы представить узлов или catenanes с помощью атомов кремния в качестве предварительных креплений в середине синтезирующий cycloparaphenylenes. Как эти атомы кремния могут быть удалены позже, узлы или catenanes состоят только из углеродных скелетов можно получить в итоге.

Вот краткий обзор шагов при синтезе. Во-первых, подготовить С-образной молекулы и соединит центр из двух С-образных молекул с атомом кремния. Во-вторых, соединить концы каждой из этих C-образной молекулы в результате реакции с никелем используется для создания двух колец. В-третьих, использование фтора (фторид тетрабутиламмония), чтобы удалить атом кремния. Наконец, используйте реакцию с натрием используется для преобразования в молекуле «все-бензол catenane», в котором два cycloparaphenylenes геометрически связаны. С помощью этого метода синтеза, им удалось синтезировать catenanes из пары колец, состоящих из 12 бензолы. Используя подобный метод, они синтезировали 2 мг catenanes, в котором два кольца разных размеров непременно, один из 12 бензола и других 9 бензолы.

Дальнейшее применение этого метода синтеза, они синтезировали топологических молекулярных наноуглеродами с сучками, «все-бензол узлы», которые можно назвать «недостижимый молекул» в связи с большими трудностями. Как и другие предыдущие исследования показали, что топология молекулярных узлов могут быть получены путем проведения двух предварительных крепления на соответствующих должностях, они разработали прекурсор с двумя атомами кремния в качестве предварительного крепления. Им удалось впервые в мире синтезировать все-бензол узлы наш выбор «углеродных узлов» путем синтеза молекул, в котором U-образные молекулы были связаны с атомами кремния, а затем обрабатывается этот блок точно так же как и все-бензол catenanes (гомо-сочетания реакции фторирования, натрия и снижения реакции). Рентгеновская кристаллография был использован для подтверждения того, что молекула имеет узел. Кроме того, они доказали существование углерода nanotori (пончик-образный наноуглеродами), включающих все-бензол узел нашей исследовательской группой был синтезирован в качестве частичной структуры с точки зрения вычислительной науки и показали, что синтез все-бензол узлов является важным шагом в направлении синтеза топологической наноуглеродов.

Далее, они доказали, что эти вновь синтезированные молекулы обладают определенными свойствами, производные от сучков или catenanes. Было отмечено, что после catenanes состоят из двух колец, которые отличаются по размеру возбуждаются светом, энергия возбуждения передается от большего кольца к меньшему кольцу очень быстро. Структура catenane является единственным способом, чтобы проверить эффект взаимодействия между кольцами с симметрией каждое кольцо в отличном состоянии. Эксперименты в этот раз доказали, что в электронном виде кольца взаимодействуют через структуру catenane.

С другой стороны, когда они распущены все-бензол узлов в органическом растворителе для проведения измерений ЯМР ядер водорода, был только один тип сигнала наблюдается даже при низкой температуре минус 95 градусов. Это означает, что сигналы нивелируются из-за очень быстрого движения. Моделирование на суперкомпьютере небезосновательно предположить, что такие быстро-скорость выравнивания вызвана пончик-образный вихревыми движениями. Они обнаружили те свойства, которые очень трудно предсказать заранее, впервые путем синтеза и изоляции.

Узлы, которые можно разделить на левшей и правшей, имеют свойство называется хиральностью (киральностью например, между левой и правой руке, которые не эквивалентны, так как они, но уподобиться при отражении от зеркала). Им удалось отделить все-бензол узлов мы синтезировали этот раз в левша узлы и правша узлы и доказать, что все-бензол узлы показывают кругового дихроизма (явление различного поглощения света между светом вращая в правой руке чувство (правая круговая поляризация) и свет, вращающиеся в левом смысле (левая круговая поляризация), которые наблюдаются молекулы, хиральность), полученных от хиральности узлов.

Дальнейшее развитие

Продуктом данного исследования станет большим шагом в направлении синтеза наноуглеродами со сложными геометрическими конструкциями. Возможность построения сложных геометрических структур, таких как сучки и catenanes из углеродных скелетов приведет к разработке и синтезу беспрецедентный комплекс наноуглеродов. Кроме того, продукт можно назвать памятник должен быть включен в учебники органической химии как пример синтеза очень красивая молекул в инновационный метод. Это эпохальное продукт, который может стать отправной точкой развития новой химии, потому что она имеет потенциал, чтобы полностью изменить дизайн молекулярных машин на основе геометрических структур облигаций.

сделать разницу: спонсорские возможности