"سوار" حلقي لتركيب الهياكل النانوية المعقدة

نجح فريق من الكيميائيين في تصنيع اتحاد معدني مبتكر قادر على إجراء تحويلات على الهياكل الكربونية، وهو تفاعل يمكن، لأول مرة على الإطلاق، أن يمهد الطريق لبناء هياكل نانوية كربونية فريدة من نوعها.

نجح فريق من الكيميائيين من جامعة ناغويا في اليابان في تصنيع اتحاد معدني مبتكر قادر على إجراء تحويلات على الهياكل الكربونية. قام الباحثون بإعداد اتحادات الكروم المبتكرة من مادة سيكلوبارافينيلين (CPP) وأثبتوا قدرتها على تحويل مجموعة واحدة في حلقة الكربون للحصول على مواد أولية يمكن استخدامها في تحضير أنابيب الكربون النانوية ذات الهياكل غير العادية. يتكون حلقي البارافينيلين من سلسلة من حلقات البنزين وهو أقصر جزء من أنابيب الكربون النانوية. منذ تحضيرها وعزلها لأول مرة في عام 2008، اجتذبت مركبات البارافينيلين الحلقية الكثير من الاهتمام في مجالات علوم المواد والكيمياء فوق الجزيئية.

من خلال تطبيق معرفتهم بكيمياء الكروم، تمكن الباحثون من إجراء أول تحضير انتقائي على الإطلاق لمجموعة أحادية الاستبدال على سيكلوبارافينيلين، وهو تفاعل صعب بشكل خاص بسبب وجود العديد من حلقات الأرين النشطة على الهيكل العام. ويعتقد الباحثون أنه من خلال الإعداد الانتقائي واستهداف المجموعات الوظيفية على الحلقة، سيكون من الممكن الحصول على أنابيب الكربون النانوية بخصائص جديدة ومثيرة للاهتمام. ونشرت نتائج البحث في المجلة العلمية Journal of the American Chemical Society. تعتبر نتائج هذا البحث خطوة هامة إلى الأمام في مجالات كيمياء الأرين والكيمياء العضوية المعدنية.

تُعرف الأرينات بأنها مواد قادرة على إنشاء أدوات اقتران مع معادن انتقالية مع الحصول على مواد ذات معدلات نشاط مختلفة مقارنة بالحلقة الحرة. تتفاعل مركبات البارافينيلين الحلقية، والتي تتكون من سلسلة من الأرينات، أيضًا مع معدن الكروم للحصول على الاتحادات المقابلة. من المثير للدهشة والمثير للاهتمام أن المنتج الرئيسي الذي تم الحصول عليه يحتوي على مجموعة كروم واحدة متصلة بحلقة أرينيت واحدة من الخارج، كما تم التحقق من ذلك من خلال مجموعة متنوعة من طرق التحليل (الناتج المحلي الإجمالي، والطيف الكتلي، وحيود الأشعة السينية). "إن كيمياء الأرينات والكروم هي مجال راسخ، لذلك قررنا تطبيق هذه الطريقة المعدنية العضوية لتخليق اتحادنا الخاص"، يوضح الباحث الرئيسي. ويضيف الباحث: "بما أن مركبات البارافينيلين الحلقية تحتوي على عدة حلقات أرين، فقد توقعنا في البداية أن مجموعة الكروم سترتبط بكل حلقة". "ومع ذلك، ولدهشتنا، رأينا أن المادة تتفاعل مع معدن الكروم بنسبة 1:1 في ظل جميع الظروف المختلفة التي طبقناها. لقد أوضحت لنا المحاكاة الحاسوبية للبنية الجزيئية أن مجموعة الكروم الأولى المرتبطة بالبنية تتسبب في انخفاض نشاطها، وبالتالي منع التفاعل مع مجموعة الكروم الثانية."

ومن هذه المادة حاول الباحثون إجراء تحويلات في حلقة هارين. "لم تكن هذه مهمة سهلة لأن أساور أراني المصنوعة من الكروم عادة ما تكون حساسة للهواء والضوء، ولم تكن أساورنا مختلفة في هذا الصدد. وقال الباحث الرئيسي: "لكن الباحثين عملوا بجهد للحصول على بلورة نقية من أول اتحاد من هذا النوع". "ثم قمنا بتنفيذ التفاعل في الأداة نفسها، دون أي خطوات وسيطة، للحصول على الحلقة أحادية التحويل مع خروج مجموعة الكروم من المرافق."

يعد التحويل الأحادي الانتقائي للسيكلوبارافينيلين، أي إدخال مجموعة وظيفية واحدة في موضع واحد على حلقة الأرين، تفاعلًا صعبًا نظرًا لأن جميع روابط الكربون والهيدروجين في حلقات الأرين متطابقة كيميائيًا. عادة ما يؤدي التحويل المباشر للسيكلوبارافينيلين غير المترافق إلى تحولات متعددة على حلقة الأرين بشكل عشوائي. على الرغم من أن المواد من هذه العائلة (CPPs) تعتبر مكونات مطلوبة لتحضير أنابيب الكربون النانوية، إلا أنه حتى الآن لا توجد أي طريقة فعالة لتحضيرها المباشر.

يقول الباحث الرئيسي: "نحن سعداء جدًا بالقدرة على إدراج مجموعة وظيفية بشكل انتقائي في موضع واحد على حلقة الأرين باستخدام الكروم". "كمجموعات للتحويل، استخدمنا بنجاح مجموعات السيليل والبوريل والإستر، والتي بدورها يمكن تحويلها إلى مجموعات مفيدة أخرى. ونأمل أن يتطور هذا النهج الجديد ويصبح وسيلة مفيدة لتحضير أنابيب الكربون النانوية ذات الهياكل والخصائص الفريدة."

ملخص المقال
الخبر عن المقال

التحويل الأحادي الانتقائي للسيكلوبارافينيلين في وعاء واحد [بإذن من: ITbM، جامعة ناغويا]