Химики из Имперского колледжа Лондона и Констанцского университета синтезировали необычное циклическое соединение, в котором связи между отдельными фрагментами представляют собой сэндвичевые комплексы. В таких комплексах атомы металлов оказываются зажатыми между двумя ароматическими кольцами. В соединении шесть подобных «сцепок», формирующих единый кольцевую молекулу. Исследование опубликовано в журнале Nature Chemistry, кратко о нем сообщает блог Королевского химического общества.

Классическим примером сэндвичевых комплексов (металлоценов) является ферроцен — в нем ион железа расположен между двумя «пятиугольниками», молекулами циклопентадиена. В формировании связи с металлом участвуют сразу все π-электроны органических молекул — подобные связи называются гаптическими. 

Структура комплекса. Michael S. Inkpen et al. / Nature Chemistry, 2016

Интересно, что в одном комплексе может быть лишь одна «шапка»-лиганд, или наоборот, четыре (в комплексах урана и тория с циклопентадиеном). Благодаря своей необычной структуре сэндвичевые комплексы привлекают внимание химиков. Так, в некоторых работах «шапки» комплексов химически связывали между собой, образуя небольшие циклы с гаптическими связями. В новой работе ученые сделали шаг дальше и синтезировали вещество, в котором шесть органических молекул (представляющих собой пары «склеенных» между собой «шапок») связаны с шестью атомами железа и образуют единый макроцикл.

Структура ферроцена

Исходным веществом для синтеза цикла стала дииод-производная ферроцена. К каждой из двух органических молекул в ней присоединен атом иода. Ключевым в работе стало использование реакции Ульмана. Если ввести в нее иодбензол, то под действием порошка меди два бензольных ядра «склеются» между собой. Тот же самый процесс начал происходить и с ферроценом, отдельные «сэндвичи» начали склеиваться между собой шапками. 

Схема синтеза. Michael S. Inkpen et al. / Nature Chemistry, 2016

Авторы проводили реакцию в условиях сильного разбавления, чтобы молекулы успевали выстроиться в наиболее удобные конфигурации, прежде чем происходило следующее склеивание. В результате химики выделили в миллиграммовых количествах оранжевые порошки различных циклических соединений, содержащих пять, шесть, семь и девять ферроценовых фрагментов. Установить структуру одного из них удалось с помощью рентгеновских методов.

Полученные вещества интересны с фундаментальной точки зрения — такие макроциклы плохо изучены. Кроме того, как показали химики, эти молекулы можно рассматривать как нанокольца с равномерным распределением заряда в них. Согласно экспериментам, у ионов железа в макроцикле можно легко отбирать по одному электрону, придавая молекуле заряд. При этом скорость, с которой заряд начинает перемещаться по молекуле, достигает десяти миллионов скачков в секунду.

Автор: Владимир Королёв