Saturnus är den näst största planeten i vårt solsystem och har en karakteristisk ring. Japanska forskare har nu syntetiserat en molekylär "nano-Saturnus". Som forskarna rapporterar i tidskriften Angewandte Chemie , den består av en sfärisk C60 fulleren som planeten och en platt makrocykel gjord av sex antracenenheter som ringen. Strukturen bekräftas av spektroskopiska analyser och röntgenanalyser.

Nano-Saturnus system med en sfärisk molekyl och en makrocyklisk ring har varit ett fascinerande strukturellt motiv för forskare. Ringen måste ha en styv, cirkulär form, och måste hålla den molekylära sfären stadigt i dess mitt. Fullerener är idealiska kandidater för nanosfären. De är gjorda av kolatomer kopplade till ett nätverk av ringar som bildar en ihålig sfär. Den mest kända fullerenen, C ₆₀ , består av 60 kolatomer arrangerade i 5- och 6-ledade ringar som läderlappar på en klassisk fotboll. Elektronerna i deras dubbelbindningar, känner som π-elektronerna, befinner sig i ett slags "elektronmoln, "förmåga att fritt röra sig och ha bindande interaktioner med andra molekyler, såsom en makrocykel som också har ett "moln" av π-elektroner. De attraktiva interaktionerna mellan elektronmolnen tillåter fullerener att sätta sig i håligheterna i sådana makrocykler.

En serie av sådana komplex har tidigare syntetiserats. På grund av elektronmolnens positioner runt makrocyklerna, det var tidigare bara möjligt att göra ringar som omger fullerenen som ett bälte eller ett däck. Ringen runt Saturnus, dock, är inte som ett "bälte" eller "däck", " det är en väldigt platt skiva. Forskare som arbetar vid Tokyo Institute of Technology och Okayama University of Science (Japan) ville imitera detta ordentligt i nanoskala.

Deras framgång berodde på en annan typ av bindning mellan "nano-planeten" och dess "nano-ring." Istället för att använda attraktionen mellan π-elektronmolnen i fullerenen och makrocykeln, teamet som arbetade med Shinji Toyota använde de svaga attraktiva interaktionerna mellan π-elektronmolnet av fullerenen och icke-π-elektronen i makrocykelns kol-vätegrupper.

För att konstruera sin "Saturnring, "forskarna valde att använda antracen -enheter, molekyler gjorda av tre aromatiska sexledade kolringar länkade längs deras kanter. De kopplade samman sex av dessa enheter till en makrocykel vars hålighet hade den perfekta storleken och formen för en C ₆₀ fulleren. Arton väteatomer i makrocykeln projicerar in i mitten av kaviteten. Totalt, deras interaktioner med fullerenen är tillräckliga för att ge komplexet tillräcklig stabilitet, som visas av datorsimuleringar. Genom att använda röntgenanalys och NMR-spektroskopi, teamet kunde bevisa experimentellt att de hade producerat Saturnus-formade komplex.