化学界里程碑:科学家成功合成室温稳定的48原子碳环

摘要:

英国牛津大学化学系主导的一项突破性研究首次实现了在室温溶液环境中稳定存在、并可进行光谱表征的环碳分子合成,相关成果发表于《科学》(Science)杂志。这种新型碳同素异形体名为环[48]碳,以[4]索烃结构存在,即C48碳环与三个大环分子互锁,显著提升了其稳定性。

此前,纯碳原子环仅能在气相或极低温(4-10K)下研究。该团队通过优化合成策略——选择低应变力的大尺寸碳环、采用大环穿线保护,并开发温和的反应条件,成功制备出在20℃溶液中半衰期达92小时的环碳分子。这是继1990年富勒烯合成后,第二种能在常规实验室条件下研究的碳同素异形体。

研究团队通过质谱、核磁共振、紫外-可见吸收光谱和拉曼光谱证实了环碳索烃的结构。核磁共振数据显示,48个碳原子处于完全相同的化学环境,进一步验证了其高度对称的环状结构。

这项研究历时多年,依托牛津大学化学系先进的核磁共振设施完成,并联合曼彻斯特大学、布里斯托大学及卢瑟福·阿普尔顿实验室中央激光装置的研究力量。该突破为探索环碳分子的性质和应用奠定了基础,标志着碳材料研究迈入新阶段。

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