قام الباحثون بتصنيع حلقة كربون مستقرة من الكربون C16، على الرغم من أنه من الناحية النظرية كان ينبغي أن تتحلل على الفور

قبل الاصطناع الناجح، لم يكن من الواضح ما إذا كان من الممكن إنشاء مثل هذا الجزيء والحفاظ عليه مستقرًا لفترة كافية لدراسة بنيته وخصائصه الإلكترونية.  

[ترجمة د. موشيه نحماني]

نجح الكيميائيون من بريطانيا العظمى وسويسرا في تصنيع منتج حلقة الكربون ₁₆C وأظهر أول دليل على طابعه المضاد للروائح. تشكل الحلقات من هذه العائلة تكوينًا جديدًا لعنصر الكربون، ولذلك يتم تعريفها على أنها متآصلة جديدة له

في عام 2019، أبلغ باحثون من جامعة أكسفورد ومعهد أبحاث آي بي إم في أوروبا (زيوريخ) عن تخليق متآصل جديد للكربون، ₁₈C، بوليين حلقي يتكون من ثمانية عشر ذرة كربون متصلة عن طريق روابط فردية وثلاثية بالتناوب. الجزيء أيضًا عطري بشكل مضاعف، وذلك بفضل نظامي pi المتعامدين مع بعضهما البعض - أحدهما في مستوى الحلقة والآخر خارج هذا المستوى وعمودي عليها.

والآن، قامت مجموعتان بحثيتان، إحداهما من جامعة أكسفورد (هاري أندرسون) والأخرى من زيوريخ (ليو جروس)، بأخذ فكرة حلقات الكربون خطوة أخرى إلى الأمام من خلال إنشاء مرشح جديد: حلقة تحتوي على 16 ذرة كربون . على عكس الحلقة المكونة من 18 كربون والتي تكون عطرية، من المتوقع أن تكون الحلقة المكونة من 16 كربون مضادة للعطرية بشكل مضاعف وبالتالي غير مستقرة. قبل الاصطناع الناجح، لم يكن من الواضح ما إذا كان من الممكن إنشاء مثل هذا الجزيء والحفاظ عليه مستقرًا لفترة كافية لدراسة بنيته وخصائصه الإلكترونية.  

مادة البداية 4 تترسب على سطح كلوريد الصوديوم. تتم بعد ذلك إزالة المجموعات الكيميائية أول أكسيد الكربون والهالوجين للحصول على حلقة الكربون ₁₆C [بإذن من: يويز جاو وآخرون 2023] 

يوضح الباحث الرئيسي: "كان التحدي في تركيب الحلقة 16 هو عدم استقرار المواد الأولية، والتي كانت أيضًا مضادة للعطريات". تحتوي المواد الأولية الحلقية الكبيرة على عدة مجموعات كيميائية تساهم في استقرار الجزيء. يمكن إزالة هذه المجموعات في مرحلة لاحقة وتصبح روابط ألكاين (رابطة ثلاثية) عن طريق إزالة مجموعات التقنيع. أثبتت المحاولات الأولية لاستخدام مجموعات التقنيع المشابهة لتلك المستخدمة في تركيب الحلقة 18 أنها غير مستقرة للغاية بالنسبة للمادة المطلوبة. تضمن النهج الناجح في نهاية المطاف عملية تجميع كبيرة مع أربع مجموعات من أول أكسيد الكربون ومجموعتين من ذرات البروم. وفي الخطوة التالية، يتم ترسيب هذه المادة على سطح كلوريد الصوديوم. وفي الخطوة التالية، استخدم الباحثون تيارًا كهربائيًا لإزالة كل هذه المجموعات والحصول على المنتج النهائي المطلوب. 

باستخدام مجهر القوة الذرية تم التأكد من بنية الحلقة التي تتكون من روابط مفردة وثلاثية متناوبة. وتمكن الباحثون أيضًا من تحليل توزيع الإلكترونات داخل المدارات الجزيئية للجزيء المحايد، الذي يتضمن 16 ذرة كربون، بالإضافة إلى أنيوناته بمساعدة مجهر القوة الذرية والمجهر النفقي الماسح. أثبتت هذه القياسات بالإضافة إلى الحسابات النظرية الفرضية القائلة بأن الحالة الأرضية الإلكترونية للجزيء هي في الواقع مضادة للرائحة بشكل مضاعف. 

وفي ضوء كل هذه النتائج، يوفر الجزيء فرصًا جديدة للبحث التجريبي للنظريات المتضمنة في مثل هذه الهياكل. يوضح الباحث الرئيسي من جامعة ألبرتا بكندا: "يحب الكيميائيون العضويون مناقشة ومناقشة فكرة العطرية، ومن المؤكد أن التوليف غير المعتاد للحلقة المضادة للعطرية المكونة من 16 ضعفًا سيولد جدلاً ورؤى جديدة".

ومن المتوقع أن تنمو عائلة السيكلوكربون في وقت قريب. وقد كتبت المجموعة البحثية في الصين بالفعل ثلاث أوراق بحثية جديدة تخضع حاليًا لمراجعة النظراء فيما يتعلق بتركيب حلقات الكربون التي تتكون من 6 و10 و12 و14 و20 ذرة كربون فقط. تغطي هذه المقالات النطاق الكامل لحلقات الكربون التي يُعتقد الآن أنها مستقرة بدرجة كافية للبحث. ومع وجود مجموعة واسعة من الجزيئات الجديدة التي سيتم البحث عنها، ستكون الخطوة التالية هي فحص تفاعلها مع بعضها البعض، لإنشاء مجموعة أخرى من الجزيئات الجديدة. يقول الباحث الرئيسي: "قد يكون الإنجاز التالي في هذا المجال هو اكتشاف طرق للتحكم في تفاعل جزيئات الكربون الحلقي مع بعضها البعض لإنشاء متآصلات واسعة النطاق للكربون".

أخبار عن الإكتشاف (على موقع الجمعية الملكية للكيمياء)

المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:

• الضوء قادر على التحكم في الخصائص الإلكترونية للجرافين
• العلاقة بين الحجم والنشاط والطابع الإلكتروني للمحفزات