科学家终于成功制备出不可能的48原子碳环成功制备出不可能的48原子碳环

• 这项研究——是可在正常实验室条件下研究的新型分子碳同素异形体的仅第二个实例——于8月14日发表在Science（《科学》）期刊上。

在牛津大学化学系主导的一项新研究中，化学家们展示了一种环碳（cyclocarbon）的合成方法，该环碳在室温溶液中具有足够的稳定性，可进行光谱表征。

合成一种可在正常实验室条件下研究的新型分子碳同素异形体是一项罕见的成就。此前唯一的例子是Krätschmer等人于1990年合成的富勒烯(Nature 《自然》1990)。

在这项新研究中，分子环碳（cyclocarbon）是以索烃（catenane）形式合成的，即C₄₈环穿过三个其他大环。这些穿入的大环通过阻止接近被保护的环碳，提高了C₄₈的稳定性。

此前，纯碳原子构成的分子环仅在气相或极低温（4至10 K）下被研究过。如今，该团队合成了一种在20°C溶液中稳定的环碳（半衰期92小时）。这是通过使用穿入的大环、选择具有低应变水平的大尺寸环碳、以及为反应中的去屏蔽步骤（前体分子转化为最终产物）开发温和的反应条件来实现的。

该环碳索烃通过质谱、核磁共振(NMR)、紫外-可见光和拉曼光谱进行了表征。所有48个sp¹杂化碳原子仅观测到一个强烈的¹³C NMR共振信号，表明所有碳原子均处于等效环境中，这为环碳索烃结构提供了有力证据。

第一作者高跃泽博士（牛津大学化学系）表示：“在环境条件下的瓶中获得稳定的环碳是基础性的一步。这将使我们更容易在正常实验室条件下研究它们的反应性和性质。”

研究资深作者哈里·安德森教授（牛津大学化学系）表示：“这一成就标志着我们为实现合成环碳索烃这一长期目标达到了顶峰，该目标基于它们可能在室温下足够稳定以供研究的期望。最初的资助申请写于2016年，基于2012-2015年的初步成果。能够达到这个阶段令人欣慰，因为曾多次觉得这个目标似乎不切实际且无法实现。如果没有牛津大学化学系卓越的核磁共振波谱设施，这项工作是不可能完成的。”

该研究还涉及曼彻斯特大学、布里斯托大学以及卢瑟福·阿普尔顿实验室中央激光设施的研究人员。