Японські хіміки синтезували молекулярний комплекс з органічних молекул зі структурою, що нагадує Сатурн. «Планетою» в цьому комплексі стала молекула фулерена, а «кільцем» навколо неї - плоский ароматичний макроцикл, що складається з 18 бензольних кілець. Практичного застосування у таких комплексів, швидше за все, не буде, проте їх можна використовувати для вивчення міжмолекулярних взаємодій незвичайних геометрій, пишуть вчені в.
У вуглецю існує досить багато різних модифікацій, стійких при кімнатній температурі, - це і кілька різних кристалічний фаз (наприклад графіт, алмаз або лонсдейліт), і інші цікаві структури з акціонерною, одномерною або молекулярною структурою: графен, нанотрубки або фуллерен. Детальніше про ці та інші можливі форми цього елемента ви можете прочитати в нашому матеріалі «Сім обличий вуглецю». Одна з найбільш незвичайних молекулярних модифікацій вуглецю - це фуллерени, об'ємні молекули у формі випуклих багатогранників, до складу яких зазвичай входить кілька десятків або навіть сотень атомів. Найвідоміший фуллерен складу C60 має форму футбольного м'яча - атоми в цій молекулі розташовані по вершинах усіченого ікосаедра.
Відомо, що для фуллеренів характерна освіта з'єднань включення: всередину себе об'ємна молекула може захопити, наприклад, іон лужного металу і не випускати його назовні. У деяких випадках і молекула фулерена і сама може виявлятися всередині іншої органічної молекули ще більшого розміру. Наприклад, нещодавно за допомогою теоретичних розрахунків вчені передбачили можливу освіту комплексів, що за структурою нагадують Сатурн: у цих комплексах до екваторіальної площини фулерена приєднується плоска ароматична молекула з антраценовою структурою, схожа на кільця планети. У новій роботі групі японських хіміків під керівництвом Сіндзі Тойоти (Shinji Toyota) з Токійського технологічного інституту вперше вдалося отримати такий молекулярний комплекс експериментально.
Для цього спочатку вчені синтезували циклічні гексамери 2,7-антриленових структур, в яких шість молекул антрацену (пов'язаних по одному ребру трьох бензольних кілець) з додатковою функціональною групою у кожної з'єднані між собою одинарними ковалентними зв'язками в єдину плоску дископодібну молекулу з «діркою» посередині розміром приблизно в 1 нанометр. Отримане макроциклічне з'єднання після цього реагувало з молекулою фуллерена C60, діаметр якої всього на кілька десятих нанометра менше порожнини всередині диска, з утворенням комплексу. Можливість формування сталої комплексної структури в цьому випадку можливо завдяки утворенню міжмолекулярних зв'язків між CH-групами молекули-диска і системою пов'язаних лід-орбіталів фуллерена.
Такі молекулярні «нано-Сатурни» вченим вдалося отримати як в розчині в толуолі, так і в кристалічній формі. Структура молекули була підтверджена за допомогою спектроскопії ядерно-магнітного резонансу (в розчині) і рентгенівської дифракції (в кристалі). В результаті авторам роботи вдалося визначити точні відстані зв'язків між атомами різних молекул в комплексі (вони склали від 0,29 до 0,36 нанометра) і константи реакції утворення такого з'єднання. При цьому виявилося, що при утворенні комплексу зовнішній диск стає злегка непоганим, проте ці спотворення незначні. Отримані експериментальні дані дослідникам вдалося підтвердити і теоретично, розрахувавши за допомогою теорії функціоналу щільності структури аналогічних комплексів.
Як правило, подібні системи стають хорошими моделями для вивчення міжмолекулярних взаємодій в органічних комплексах, але практичного застосування не знаходять. За словами авторів дослідження, і в даному випадку отриманий комплекс в першу чергу цікавий з точки зору дослідження просторової орієнтації орбіталів двох ароматичних молекул, які в точці утворення зв'язку знаходяться практично під прямим кутом один до одного.
Минулого року інша група японських хіміків синтезувала схожу структуру, в якій молекула фуллерена опоясується кількома великими циклічними структурами, що складаються з пов'язаних між собою бензольних кілець. Такі складні молекулярні комплекси вчені порівняли з планетарною моделлю Сонячної системи, в якій орбіти планет нахилені під певним кутом один до одного.