اگه اهل شیمی و دنیای عجیب غریب مولکول‌ها باشین، این خبر براتون مثل یه بمب هیجان‌انگیزه! تصور کنین، دانشمندهای دانشگاه آکسفورد بالاخره بعد از سال‌ها تلاش موفق شدن یک نوع خاص و خیلی کمیاب از مولکول‌های کربنی رو که اسمش حلقه کربنی یا Cyclocarbon هست (یعنی حلقه‌هایی که فقط از اتم‌های کربن به شکل یک دایره ساخته شدن)، این‌قدر پایدار کنن که بشه تو دمای اتاق و توی شیشه معمولی توی آزمایشگاه نگهش داشت و بررسیش کرد.
تا الان، این حلقه‌های کربنی یا باید تو حالت گاز بودن یا باید انقدر محیطشون سرد و ویژه باشه (مثلاً دمای فوق‌العاده پایین) که بشه یه لحظه کوتاه دیدشون و سریع از بین می‌رفتن. اصلاً همین باعث شده بود جز یه حالت خاص (فولرن‌ها، اون توپای معروف کربنی که اولین بار سال ۱۹۹۰ ساخته شدن)، تقریبا نسلشون رو به انقراض باشه و کسی نتونه به شکل پایدار باهاشون کار کنه.
حالا بیاین ببینیم دانشمندای باهوش آکسفورد دقیقاً چه کار کردن! اونا اومدن یک نوع جدید به اسم cyclo[48]carbon درست کردن که جزو خانواده کاتنان‌هاست. کاتنان یک اصطلاح تو شیمیه و یعنی چند تا حلقه مولکولی که مثل تسبیح از تو هم رد شدن ولی به هم نچسبیدن. اینجا هم یه حلقه 48تایی کربن (یعنی ۴۸ اتم کربن به هم وصل شدن و یه حلقه درست کردن) رو از توی سه حلقه بزرگ‌تر رد کردن. در واقع اون سه حلقه دیگه مثل سپر عمل می‌کنن و نمیذارن مواد شیمیایی دیگه برن سراغ حلقه کربنی حساس و خرابش کنن.
این مدل آرایش جدید، که خیلی هوشمندانه با انتخاب اندازه بزرگ‌تر برای حلقه هم ترکیب شده (حلقه بزرگ‌تر یعنی فشار و کشیدگی کم‌تر روی پیوند کربناش)، باعث شد این مولکول برای اولین بار بتونه تو دمای معمولی یعنی ۲۰ درجه سانتیگراد، تا ۹۲ ساعت (تقریباً چهار روز) زنده بمونه! نصف عمر ۹۲ ساعته یعنی بعد این مدت، نصف مولکول‌ها هنوز سرپان. برای چنین حلقه ناآرامی، این یه رکورد حسابی محسوب میشه.
جازبه ماجرا اینجاست که حتی مرحله آخر ساخت این حلقه رو هم نرم و ملایم و بدون استفاده از شرایط سخت انجام دادن، یعنی فرآیند unmasking (تبدیل ماده پیش‌ساز به اون حلقه کربنی اصلی) رو طوری طراحی کردن که به حلقه آسیب نزنه و امن باشه.
بعدش هم نوبت به تایید ساختارش رسید، که با انواع آزمایش‌های شیمیایی مثل اسپکترومتری جرمی (mass spectrometry یعنی اندازه‌گیری جرم مولکول‌ها)، طیف‌سنجی NMR (یه روش دقیق برای شناخت نوع و جای اتم‌ها تو مولکول)، طیف‌سنجی فرابنفش و رامان (هر دوشون روش‌هایی برای بررسی ویژگی‌های نوری و لرزشی مولکول‌ها) انجام دادن. جالبیش این بود که همه ۴۸ تا اتم کربنِ اسپ-۱ (sp1 یعنی نوع خاصی از پیوند کربن‌ها که خیلی واکنش پذیره) یه سیگنال یکسان نشون دادن. این نشون میده که ساختار حلقه خیلی متقارنه و قشنگ درست شده.
توی کل این پروژه، دکتر یوئزه گائو (Yueze Gao)، محقق اصلی، گفت: «اینکه الان بتونیم حلقه کربنی پایدار تو دمای اتاق بسازیم، یعنی کار رو خیلی راحت‌تر کردیم. از این به بعد می‌تونیم راحت بررسی کنیم چطور واکنش میده و چه خواصی داره.»
پروفسور هری اندرسن (Harry Andersen)، استاد ارشد پروژه، هم گفت: «این نتیجه‌ی بیش از ده سال تلاش و آرزو بود. ما از سال ۲۰۱۶ جدی پا گذاشتیم وسط، ولی اولین جرقه‌ها سال ۲۰۱۲ زده شده بود. خیلی وقتا فکر می‌کردم اصلا قرار نیست بشه. ولی داشتن تجهیزات فوق‌العاده تخصصی مثل دستگاه‌های NMR تو بخش شیمی آکسفورد، واقعاً کلید موفقیتمون بود.»
این پروژه فقط کار آکسفورد نبود؛ دانشمندان دانشگاه منچستر، بریستول و مرکز لیزر رادرفورد اپلتون هم حسابی نقش داشتن.
حالا این پیروزی یعنی از این به بعد میشه شکل ثابتی از این حلقه کربنی‌ها رو تو بطری عادی نگه داشت، آزمایش کرد و حتی دنیای جدیدی برای کاربردهاشون گوشود. مثلاً میشه بررسی کرد چه واکنش‌هایی نشون میدن یا تو زمینه‌های نوری و تکنولوژیکی چه قابلیت‌هایی دارن. سابقاً فکر می‌کردیم این دسته مولکول‌ها زیادی حساسن و هیچ‌وقت نمی‌تونیم رامشون کنیم، ولی الان معلوم شد تازه ابتدای راهیم و احتمالاً کلی کاربرد جالب از توش در میاد!
تمام این نتایج قراره تو مجله معتبر Science چاپ بشه؛ یعنی واقعاً کارشون حسابی بوده. خلاصه، یه دست بلند به احترام این دانشمندای باحال که دنیای شیمی رو یه قدم به جلو بردن!
منبع: +
