Прорыв спустя полвека: ученые синтезировали «невозможное» ароматическое кольцо из пяти атомов кремния

Научные коллективы из Саарского университета (Германия) и Университета Тохоку (Япония) объявили о преодолении фундаментального химического барьера, над которым исследователи работали почти пять десятилетий. Им удалось успешно синтезировать пентасилациклопентадиенид — ароматическую кольцевую структуру, состоящую исключительно из пяти атомов кремния. Результаты этого прорывного исследования были представлены в авторитетном научном издании Science.

Ароматические системы представляют собой класс молекул с исключительной химической устойчивостью, обусловленной специфической конфигурацией электронной оболочки. Традиционно скелет таких соединений строится на основе углерода. Замещение его кремнием сопряжено с колоссальными трудностями: кремний обладает более выраженными металлическими свойствами и значительно слабее удерживает электроны. До недавнего времени единственным успехом в этой области считалось создание трехчленного кольца в 1981 году, в то время как попытки сконструировать более сложную пятиатомную систему неизменно терпели неудачу.

Статус ароматичности требует строгого соответствия правилу Хюккеля, которое определяет распределение обобщенных электронов в плоской циклической структуре. Группы под руководством профессоров Давида Шешкевица и Такеаки Ивамото сумели доказать, что кремниевые системы способны подчиняться этим законам, обеспечивая стабильность конфигурации, которая ранее считалась недостижимой для элементов тяжелее углерода.

Данное открытие обладает не только теоретической значимостью, но и открывает широкие перспективы для практического применения:

• Инновации в полимерной химии: Ароматические структуры играют ключевую роль в создании катализаторов для производства полиэтилена и полипропилена. Кремниевые аналоги способны повысить эффективность и долговечность этих технологических процессов.
• Разработка перспективных материалов: Благодаря уникальной электронной природе кремния подобные системы закладывают фундамент для создания химических и электронных компонентов с принципиально новыми свойствами.

Тот факт, что две независимые исследовательские группы в Германии и Японии пришли к аналогичным результатам практически одновременно, свидетельствует о выходе технологий синтеза на качественно новый уровень. Получение пентасилациклопентадиенида открывает новую главу в материаловедении, позволяя объединить стабильность классической органической химии с уникальными характеристиками полупроводниковых элементов.

 

Источник: iXBT