Даймондайн — новый пористый алмаз
Углерод — самый склонный к катенации элемент: он очень охотно образует прочные связи сам с собой. Это свойство не только делает его ключевым строительным блоком живой материи, но и порождает богатство аллотропных модификаций. Однако, когда речь заходит о направленном синтезе заданной трёхмерной формы, химикам часто мешают побочные процессы и кинетические ограничения.
Одной из гипотетических аллотропных форм углерода, которую давно предсказывали теоретически, но целых 30 лет не могли синтезировать на практике, оставался даймондайн (diamondiyne). Он представляет собой кристаллическую структуру с топологией алмаза, в которой между sp³-гибридизованными узлами вклинены дииновые мостики из четырех sp-гибридизованных атомов углерода (-C≡C-C≡C-) (рис. 1).
Сложность синтеза даймондайна упиралась сразу в две фундаментальные проблемы: экстремальную нестабильность ключевого строительного блока — тетраэтинилметана, который стремительно разлагается в свободном виде, и принципиальную необратимость образования углерод-углеродных связей. Из-за этой необратимости любая ошибка при сшивке мономера — будь то случайный дефект или неправильно замкнутый цикл — лишала решетку возможности «самоисправиться», мгновенно превращая формирующийся кристалл в беспорядочный аморфный дёготь.
В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Angewandte Chemie, ученым наконец удалось совершить долгожданный прорыв. Обе проблемы решили с помощью каскадной реакции на границе раздела двух несмешивающихся фаз — воды и хлороформа (рис. 2). В нижнем органическом слое (CHCl₃) находился мономер с защитными триэтилсилильными группами, а в верхнем водном слое растворили CuF₂. На межфазной границе фторид-ионы (F⁻) аккуратно снимали защиту, порционно высвобождая реакционноспособный тетраэтинилметан, а катионы меди (Cu²⁺) сразу же катализировали его сшивку. Благодаря такому контролируемому процессу учёные получили прочные плёнки даймондайна. Структуру охарактеризовали с помощью передового метода микроскопии iDPC-STEM (интегрированная дифференциально-фазово-контрастная сканирующая просвечивающая электронная микроскопия). Выяснилось, что образовавшийся каркас состоит из двух взаимопроникающих решёток, асимметрично сдвинутых друг относительно друга примерно на 3 Å (рис. 3).
Успешный синтез даймондайна открывает путь к направленному конструированию целого семейства новых 3D-аллотропных форм углерода, которые органично дополняют современный арсенал пористых каркасных материалов (HOF, COF, MOF).
Ссылка на статью
#хиа_наука
ХИА — главные новости из мира химии
ВК | Дзен | Сайт
Углерод — самый склонный к катенации элемент: он очень охотно образует прочные связи сам с собой. Это свойство не только делает его ключевым строительным блоком живой материи, но и порождает богатство аллотропных модификаций. Однако, когда речь заходит о направленном синтезе заданной трёхмерной формы, химикам часто мешают побочные процессы и кинетические ограничения.
Одной из гипотетических аллотропных форм углерода, которую давно предсказывали теоретически, но целых 30 лет не могли синтезировать на практике, оставался даймондайн (diamondiyne). Он представляет собой кристаллическую структуру с топологией алмаза, в которой между sp³-гибридизованными узлами вклинены дииновые мостики из четырех sp-гибридизованных атомов углерода (-C≡C-C≡C-) (рис. 1).
Сложность синтеза даймондайна упиралась сразу в две фундаментальные проблемы: экстремальную нестабильность ключевого строительного блока — тетраэтинилметана, который стремительно разлагается в свободном виде, и принципиальную необратимость образования углерод-углеродных связей. Из-за этой необратимости любая ошибка при сшивке мономера — будь то случайный дефект или неправильно замкнутый цикл — лишала решетку возможности «самоисправиться», мгновенно превращая формирующийся кристалл в беспорядочный аморфный дёготь.
В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Angewandte Chemie, ученым наконец удалось совершить долгожданный прорыв. Обе проблемы решили с помощью каскадной реакции на границе раздела двух несмешивающихся фаз — воды и хлороформа (рис. 2). В нижнем органическом слое (CHCl₃) находился мономер с защитными триэтилсилильными группами, а в верхнем водном слое растворили CuF₂. На межфазной границе фторид-ионы (F⁻) аккуратно снимали защиту, порционно высвобождая реакционноспособный тетраэтинилметан, а катионы меди (Cu²⁺) сразу же катализировали его сшивку. Благодаря такому контролируемому процессу учёные получили прочные плёнки даймондайна. Структуру охарактеризовали с помощью передового метода микроскопии iDPC-STEM (интегрированная дифференциально-фазово-контрастная сканирующая просвечивающая электронная микроскопия). Выяснилось, что образовавшийся каркас состоит из двух взаимопроникающих решёток, асимметрично сдвинутых друг относительно друга примерно на 3 Å (рис. 3).
Успешный синтез даймондайна открывает путь к направленному конструированию целого семейства новых 3D-аллотропных форм углерода, которые органично дополняют современный арсенал пористых каркасных материалов (HOF, COF, MOF).
Ссылка на статью
#хиа_наука
ХИА — главные новости из мира химии
ВК | Дзен | Сайт