Молекулы углерода можно организовать в несколько конфигураций. Когда каждый из атомов связан с тремя другими, формируется относительно мягкий графит. Но добавьте сюда еще одну связь — и внезапно получится один из самых твердых минералов на Земле, алмаз. Соедините 60 атомов углерода в форме футбольного мяча — и получится молекула фуллерена в виде так называемого «бакибола».
Но может ли существовать кольцо из углеродных атомов, где каждый атом связан с двумя соседними и больше не с чем? 50 лет ученые не могли дать ответ на этот, казалось бы, совершенно тривиальный вопрос. Самые успешные эксперименты в этой области привели лишь к появлению газообразного углеродного кольца, которое не отличалось устойчивостью и быстро рассеивалось.
Однако недавно команде исследователей из Оксфордского университета и IBM Research стабильное углеродное кольцо. Такое соединение называется «циклоуглерод», и каждая его молекула состоит из 18 атомов — это наименьшая кольцевая конфигурация, при которой удалось достигнуть стабильности. Благодаря современным микроскопам мы даже можем увидеть то, как она выглядит:
IBM Research
Процесс синтеза циклоуглеродного кольца
Есть ли от этого открытия какая-то практическая польза? Ученые заявили, что циклоуглерод действует как полупроводник, а значит его можно использовать в электронике. Само свойство, делавшее циклоуглерод таким сложным для синтеза — а именно его высокая реакционная способность — означает, что это соединение можно использовать для создания и других углеродных аллотропов и богатых углеродом материалов.
В настоящее время химики разработали лишь способ синтеза колец по‑одному, а значит для промышленного использования методику необходимо будет значительно усовершенствовать. Гипотетически углеродные кольца могут стать удобным сырьем для синтеза других, более сложных соединений на их основе — и со временем исследователи выяснят, как поставить их на службу человеку.