Химики из Германии и Греции синтезировали вещество-рекордсмен по значению дипольного момента — свыше 14 дебай. Эта величина показывает насколько разделены положительный и отрицательный заряды внутри электронейтральной в данном случае молекулы. По словам авторов, такие соединения могут найти применение в оптоэлектронике, благодаря способности столь мощных диполей взаимодействовать с электромагнитными волнами. Работа опубликована в Angewandte Chemie International Edition, кратко о ней сообщает блог Королевского химического общества (Великобритания)

Вещество представляет собой шестикратно замещенный бензол, в котором с разных сторон располагаются электронодонорные и электроноакцепторные группы. В роли сильнейших акцепторов выступают четыре цианогруппы, смещающих электронную плотность и, соответственно, отрицательный заряд к себе. Донорами в молекуле являются две аминогруппы, дополнительно нагнетающие электронную плотность в кольцо. 

Структура молекулы-рекордсмена, 5,6-диамино-1,2,3,4-тетрацианобензола. Изображение: Jakob Wudarczyk et al. / Angew. Chem., Int. Ed., 2016

Вещество-рекордсмен, 5,6-диамино-1,2,3,4-тетрацианобензол, оказалось желтым порошком. Ученые отмечают, что исходное соединение оказалось крайне устойчивым и не вступало в привычные «школьные» реакции электрофильного замещения даже в жестких условиях. 

Дипольный момент полученного соединения авторы оценивали экспериментально и теоретически, с помощью квантово-химических вычислений. Он оказался равен 14,1 дебая, что эквивалентно моменту системы из двух зарядов противоположного знака, равных заряду электрона, расположенных в пространстве в трех ангстремах друг от друга. Для сравнения, эта величина почти в восемь раз превышает дипольный момент воды и сопоставима с таковым у ионных соединений, например, у бромида калия (около 10 дебай). Важно отметить, что вещество является рекордсменом именно среди нейтральных стабильных молекул.

Синтез 5,6-диамино-1,2,3,4-тетрацианобензола. Изображение: Jakob Wudarczyk et al. / Angew. Chem., Int. Ed., 2016

В качестве исходного вещества для его синтеза авторы выбрали соединение, в котором не хватало до целевого двух циано-групп. Для того, чтобы их ввести, химики использовали мягкое окислительное бромирование с помощью бромноватистой кислоты. Вслед за ним авторы замещали бром на цианогруппу в присутствии палладиевого катализатора.

Высокие значения дипольных моментов у аминобензонитрилов хорошо известны — эти соединения считаются перспективными кандидатами на использование в нелинейной оптике. В частности, активно исследуется их взаимодействие с поляризованным светом. Среды, состоящие из органических диполей обладают нелинейным откликом на внешнее электромагнитное поле, что проявляется в различных тонких эффектах. При этом, чем сильнее диполь, тем значительнее эти нелинейные эффекты. У большинства из исследуемых аминобензонитрилов дипольные моменты не достигают и 6 дебай. Несмотря на простую структуру молекулы-рекордсмена, описанная работа — первый ее синтез. 

Ранее другая группа ученых сообщила о получении искусственной молекулы с огромным дипольным моментом в тысячи дебай. Один из атомов цезия в ней находится в особом возбужденном состоянии и представляет собой ридберговский атом.

Автор: Владимир Королёв