На межі можливого: як вчені розширили межі аромату та що це означає для майбутніх технологій
Уявіть собі кільце настільки велике, що його діаметр порівнянна з розміром вірусу. Це звучить як наукова фантастика, але насправді це реальність, створена вченими з університетів Оксфорда та Ноттінгема. Вони синтезували молекулу C-P18-A-A-A, що складається з 18 одиниць порфірину, з’єднаних Бутадієном Лінкерами, і близько 8 нанометрів діаметром близько 8 нанометрів. Це не просто розмір рекорду; Це прорив у розумінні основного явища – аромату – і, що ще важливіше, потенційний каталізатор для створення нових технологій.
Як людина, яка пристрасно ставилася до хімії та її можливостей, я завжди захоплювався здатністю молекул визначати властивості матеріалів та процесів. Ароматичні сполуки, завдяки їх унікальній стабільності та реакційній здатності, вже давно є наріжним каменем сучасної промисловості – від виробництва пластмас до створення наркотиків. Але все ще було неявне обмеження розміру ароматичних систем. Зі збільшенням розміру π-електронів, орієнтованих на роботу, які забезпечують ароматичність, виникли проблеми з підтримкою стабільності та виявленням кільця-струму-ключовою ознакою глобального аромату.
Саме тут нанінінг C-P18 робить революцію. До цього найбільшим представником ароматичних макроциклів було 12-порфіриновий нанінінг. Вченим вдалося подолати цей бар’єр, створивши структуру, в шість разів більше з точки зору кількості порфіринових одиниць. Цей прорив демонструє, що межі аромату не є абсолютними і що при правильному підході ви можете створити все більш складні молекулярні системи.
Що цей експеримент робить настільки значущим? Йдеться не лише про запис. Важливо розуміти, що глобальний аромат – це не лише стабільність кільця. Це стан, в якому π-електронів деаламізуються по всій структурі, створюючи унікальні електронні властивості. У випадку C-P18 вчені виявили слабкі, але розрізні магнітні сигнали, що вказують на перебіг ароматичних та антироматичних кільцевих струмів. Ці струми, хоча і набагато слабкіші, ніж у менших молекул, є прямим доказом глобального аромату в структурі такого величезного розміру.
Технічно завдання створення та вивчення C-P18 було неймовірно складним. Великий розмір та гнучкість молекул вимагали використання спеціальних “молекулярних шаблонів” -T18a та T18b–які фіксували структуру і дозволяють проводити дослідження JAMR. Фактично ці шаблони-це 18-нерозумні ліганди, які узгоджуються з цинковими центрами в порфіринах, блокуючи кільце і запобігаючи його обертання. Використання таких шаблонів є прикладом елегантного рішення проблеми, що демонструє майстерність та винахідливість вчених.
Я пригадую, як у мої студентські роки ми вивчали теорію роботи електронів та аромату. Тоді здавалося, що це абстрактні поняття, далеко від реального життя. Але тепер, бачачи результати цієї роботи, я розумію, наскільки важливі ці основні знання для створення нових технологій.
Якими можуть бути ці технології? Потенціал величезний. По -перше, це молекулярна електроніка. Уявіть транзистори, зроблені з таких макромолекул. Їх унікальні електронні властивості створюватимуть пристрої, які працюватимуть швидше, ефективніше та споживатимуть менше енергії. По -друге, це фотон. Ароматичні макроцикли можна використовувати для створення нових оптичних матеріалів, які випромінюватимуть світло певної довжини хвилі або поглинає його з високою ефективністю. По -третє, це нанотехнологія. Ароматичні макроцикли можна використовувати як будівельні блоки для створення складних наноструктур, які матимуть унікальні властивості.
Однак, незважаючи на вражаючі результати, варто визнати, що робота над C-P18 не позбавлена труднощів. Кільцеві струми в С-P18 були набагато слабкішими, ніж у менших молекулах, і їх можна було спостерігати лише при надзвичайно низькій температурі (-40 ° C). Крім того, лише підмножина молекул прийняла конформації, які підтримували глобальний аромат. Ці обмеження свідчать про те, що в цьому класі молекул існує верхня межа для глобального аромату.
Тим не менш, я вважаю, що ці труднощі – це не перешкода, а виклик. Вчені вже працюють над створенням нових методів стабілізації ароматичних макроциклів та вдосконалення їх електронних властивостей. Використання комп’ютерного моделювання та машинного навчання може допомогти у розробці нових молекулярних шаблонів та оптимізації структури C-P18.
На закінчення, створення нанінорів C-P18-це не просто науковий прорив, це символ людського прагнення до знань та розширення меж можливих. Це демонстрація того, що навіть найбільш фундаментальні концепції хімії можуть бути використані для створення нових технологій, які змінить світ. Я впевнений, що в найближчі роки ми побачимо ще більш дивовижні відкриття в галузі ароматичних макроциклів, які відкриють нові можливості для розвитку науки та техніки. Ця робота є натхненням для молодих вчених та нагадування про те, що найбільші відкриття часто роблять на межі можливого.
