Хіміки з Індії та Італії отримали ковалентні органічні нанотрубки за допомогою реакції між ароматичним діальдегідом і поліциклічною молекулою з чотирма аміногрупами. Нанотрубки виявилися стійкими до високої температури і перетворювалися на кільця під дією ультразвуку, пишуть вчені.
Найбільш вивчені структури з усіх ковалентних органічних каркасів - вуглецеві нанотрубки. Хіміки вміють отримувати їх дуже різними методами: наприклад, електролізом або гідротермальним синтезом. Вуглецеві нанотрубки застосовують в електроніці, каталізі та інших областях хімії. Проте ці незвичайні речовини, як правило, складно вводити в хімічні перетворення, а їх синтез часто ведуть в жорстких умовах.
Також є кілька прикладів синтезу ковалентних органічних нанотрубок, які містять різні функціональні групи і мають більш різноманітну структуру. Але загальних методів синтезу таких речовин не існує, а їх розміри і структуру в процесі синтезу контролювати дуже важко.
Хіміки під керівництвом Джованії Павана (Giovanni M. Pavan) з Туринського політехнічного університету припустили, що можна синтезувати органічні нанотрубки з реакції між амінами та альдегідами. Таким способом часто отримують пористі ковалентні органічні каркаси.
Хіміки вибрали в якості аміну похідне триптицена з чотирма аміногрупами, а в якості альдегіду - найпростіший ароматичний діальдегід, до якого дві карбонільні групи знаходяться навпроти один одного і пов'язані з бензольним кільцем. Потім вчені провели реакцію: вони прикопали розчин двох еквівалентів альдегіду до розчину аміну і оцтової кислоти в дихлорметані. У результаті випав білий осад, які промили тетрагідрофураном і висушили у вакуумі. Також хіміки провели аналогічну реакцію з іншим альдегідом - він містив ще дві метоксі-групи по сусідству з карбонільними групами.
Після сушіння хіміки почали з'ясовувати структуру речовин. Дані їх ВК-спектрів показали, що в реакції утворився подвійний зв'язок вуглець-азот, як і припускали автори. Те ж саме показали і твердотільні ЯМР-спектри. Але крім піків від основного продукту в них були піки від невеликої кількості (6 - 8 відсотків) альдегідних груп, які не вступили в реакцію. Далі, за допомогою термогравіметричного аналізу хіміки з'ясували, що ковалентні нанотрубки виявилися стабільними при нагріванні до 400 градусів Цельсія, а всередині їх трубчастих порожнин не було молекул розчинника.
Діаметр нанотрубок склав близько 5 нанометрів відповідно до експериментів з мікроскопії. Також на мікрофотографіях вчені помітили, що деякі трубки сплітаються один з одним. Причому чим довше вчені вели реакцію, тим довше виходили трубки, і тим сильніше вони спліталися. А залежно від розчинника кількість сплетених між собою нанотрубок змінювалася.
Авторам було відомо, що під дією ультразвуку в товщі розчинника утворюються бульбашки, навколо яких довгі молекули можуть сплітатися в тороїдні структури. Тому вони вирішили занурити судини з розчинами нанотрубок в ультразвукову лазню. У реакції, як і припускали хіміки, вийшли тороїдні (кільцеві) молекули з діаметром кільця від 300 до 900 нанометрів.
У результаті хіміки синтезували ковалентені органічні нанотрубки з реакції органічних аміна і альдегіду. Речовини виявилися стабільними і мали велику площу поверхні - 321 і 52 квадратних метра на грам для двох різних нанотрубок. Автори статті сподіваються, що їхній метод допоможе іншим вченим отримати ще більше ковалентних нанотрубок, які можна буде застосовувати так само широко, як і їхні вуглецеві аналоги.
Раніше ми розповідали про те, як за допомогою аналогічної реакції між амінами і альдегідами хіміки отримали ковалентні органічні каркаси з рекордним розміром пір.