Химики создали экзотические молекулы, бросая вызов столетним правилам науки
Химики из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) продолжают бросать вызов устоявшимся принципам органической химии, создавая экзотические молекулы с необычной трехмерной геометрией. Год назад та же исследовательская группа впервые нарушила правило Бредта — столетний запрет на формирование двойной связи у так называемого мостикового атома углерода. Теперь, как сообщается в новой публикации в журнале Nature Chemistry, ученые не только подтвердили свою предыдущую работу, но и продвинулись дальше, получив две уникальные молекулы клеткообразной (каркасной) структуры — кубен и квадрициклен. Особенность этих структур заключается в том, что их двойные связи, вопреки фундаментальным учебным канонам, не являются плоскими.
Как пояснил ведущий автор исследования, профессор химии и биохимии UCLA Нил Гарг, химики давно подозревали о теоретической возможности создания таких алкенов, но традиционные представления о строении и реакционной способности органических молекул заставляли избегать подобных экспериментов. Оказалось, что многие классические правила стоит рассматривать скорее как рекомендации. В созданных его лабораторией молекулах атомы углерода в месте двойной связи имеют сильно искаженную, пирамидальную геометрию, что ослабляет связь, делая её порядок ближе к 1.5, а не к привычной двойной связи (порядок 2). Соавтор работы, профессор Кен Хоук, отмечает, что научное сообщество взволновано потенциалом этих уникальных структур.
Процесс синтеза молекул оказался чрезвычайно сложным и многоступенчатым. Исследователи начали со стабильных промежуточных соединений, которые затем обрабатывали фторидными солями, получая в итоге целевые молекулы. Полученные алкены настолько нестабильны, что их пока не удалось выделить в чистом виде и непосредственно наблюдать, однако экспериментальные данные и компьютерное моделирование убедительно доказывают их кратковременное существование в реакционной смеси. Как раз эта высокая реакционная способность, обусловленная «гиперпирамидализованной» геометрией, открывает новые возможности.
Наиболее перспективной областью применения открытия ученые считают фармацевтические исследования. По словам Нила Гарга, современная медицина начинает исчерпывать потенциал плоских молекулярных структур, и возникает растущая потребность в новых жестких трехмерных «кирпичиках» для создания лекарств. Следующим шагом команды UCLA станет сотрудничество с фармацевтическими компаниями для поиска практических применений. Кроме того, подобные молекулы могут найти применение в создании новых энергоемких материалов. Профессор Гарг подчеркивает, что главными задачами его лаборатории остаются расширение фундаментальных знаний, поиск химических решений, полезных для общества, и подготовка нового поколения ученых, которые смогут двигать науку и промышленность вперед, принося пользу всему миру.
Статья была в журнале Nature Chemistry.