Супердлинный молекулярный серпантин

Исследователям удалось изогнуть молекулу ацена на рекордные 170°

Международная группа исследователей из немецкого Университета Мюнстера и Академии наук КНР сообщают о синтезе самого длинного на сегодня твистацена — декатвистацена («Angewandte Chemie. Int. Ed.», 2017, 56, 48, 15373—15377, doi: 10.1002/anie.201709342).

Твистацены — это разновидность аценов, то есть соединений, состоящих из расположенных линейно ароматических колец (как в нафталине, антрацене), только в отличие от аценов их молекулы закручены вдоль основной оси. Пространственная структура твистаценов напоминает ленточку серпантина на новогодней елке.

По сравнению с плоскими аценами, которые можно считать мельчайшими полосками графена, твистацены не столь привлекательны для химиков, физиков и материаловедов. Дело в том, что из-за кривизны их гораздо сложнее синтезировать. Тем не менее твистацены тоже интересны: они более устойчивы, чем их плоские родственники, лучше растворяются и обладают электронными свойствами, которые позволяют применять их в молекулярных полупроводниковых устройствах. Наиболее примечательное свойство твистаценов состоит в том, что скрученная пиноэлектронная система этих молекул способствует проявлению у них асимметрии, важной для применения в нелинейных оптических системах.

Самый длинный твистацен — декатвистацен уникален еще и тем, что у него самый большой угол скручивания — 170°, это бьет прежний рекорд в 144°, зафиксированный для молекулы скрученного пентацена («Journal of the American Chemical Society», 2004, 126, 11168—11169; DOI: 10.1021/ja046576w).

Несколько лет назад химики обнаружили, что подобную скрученную структуру можно стабилизировать имидными группировками («Journal of the American Chemical Society», 2011, 133, 18054—18057; DOI: 10.1021/ja207630a). Именно это позволило авторам данной статьи — Яну Ли, Торстену Винандсу и их коллегам синтезировать твистацены с большой длиной основной цепи. Введя в структуру получаемого соединения объемные стабилизирующие группы с помощью реакций кросс-сочетания (катализаторы — соединения палладия) и активировав связи углерод-водород, китайско-немецкая исследовательская группа без проблем получила декатвистацен и меньший по размеру его аналог гексатвистацен. Оба соединения — устойчивые твердые вещества, их удалось перекристаллизовать и получить монокристаллы, которые изучили с помощью рентгеноструктурного анализа. Кристаллы гексатвистацен ярко-красные, а декатвистацена — темно-пурпурные.

Используя совокупность экспериментальных и теоретических методов, химики изучили оптоэлектронные свойства гекса- и декатвистацена. Они вполне могут быть полупроводниками n-типа (в таких полупроводниках основные носители заряда — электроны проводимости). Иными словами, это исследование может открыть новый несложный способ получения хиральных графеновых нанолент, потенциальных конструктивных элементов молекулярной электроники.