ЛАЗЕРНЫЙ ЛУЧ УНИЧТОЖАЕТ АРОМАТИЧЕСКУЮ СИСТЕМУ
Исследователи из Германии продемонстрировали возможность «отключения» ароматической делокализации электронов в бензоле с помощью лазерного излучения. Лазерный луч с тщательно подобранной длиной волны позволяет возбудить электроны π-системы бензола и превратить его в неароматическое соединение с чередующимися одинарными и двойными связями.
Инга Улусой (Inga Ulusoy) и Матиас Нест (Mathias Nest) из Технического Университета Мюнхена заявляют, что результаты этого исследования являются составной частью более масштабного проекта, целью которого является разработка новых методов контроля реакционной способности органических молекул. Нест поясняет, что изначально вопрос стоял о возможности использования лазерных импульсов для контроля процессов, протекающих в реакционных системах, и исследователи предположили, что для доказательства возможности влияния лазера на органические соединения они выбрали, по их мнению, самый простой пример – управление переходом от ароматической к неароматической форме бензола.
Йорн Манц (Jörn Manz), специалист по контролю реакционной способности органических соединений с помощью лазера из Свободного Университета Берлина отмечает, что идея его коллег из Мюнхена была настолько простой и в то же время элегантной, что он испытывает сожаления о том, что сам до нее не додумался.
Импульсы лазера с тщательно подобранной длиной волны излучения могут временно разрушить ароматическую систему бензола, превращая его в структуру, похожую на ту, которую в свое время предложил Кекуле. (Рисунок из J. Am. Chem. Soc., 2011, DOI: 10.1021/ja206193t)
Как пишут в школьных учебниках химии, ароматичность бензола, выражающаяся в его высокой стабильности и в том, что, он, будучи формально ненасыщенным углеводородом, в мягких условиях он не вступает в реакции присоединения, объясняется делокализацией π-электронной плотности. Тем не менее, существует еще ряд определений ароматичности, и для «перевода» вещества из ароматического в неароматическое состояние Улусой и Нест решили оттолкнуться от того, что стабильность молекулы бензола объясняется его шестилучевой симметрией.
Исследовали возможные возбуждённые состояния молекулы бензола, которые не должны проявлять ароматические свойства, в которых шестилучевая симметрия электронной плотности должна была бы потеряться – состояния с разной электронной плотностью между чередующимися атомами углерода и чередующимися парами атомов углерода цикла. Затем исследователи рассчитали энергию, необходимую для перехода в одно из таких состояний и путь перехода молекулы в такое состояние.
Неароматическое состояние ароматической молекулы является суперпозицией основного и первого или второго синглетного состояний молекулы, однако, непосредственный переход в любое из этих состояний из основного запрещен по симметрии, поэтому был разработан альтернативный переход – через несколько других возбужденных состояний. Методом итерационной оптимизации свойств лазерного импульса исследователи смогли перевести молекулы бензола на промежуточный возбужденный уровень, а затем – на заключительное возбужденное состояние.
Одно из электронных состояний бензола, в которое его удалось перевести, знакомо любому, проходившему хотя бы базовый курс химии. Матц заявляет, что им удалось получить молекулу циклогексатриена, в которой чередуются одинарные и двойные химические связи, которая не является ароматической системой. Тем не менее, правильнее говорить об этот состоянии бензола не как о циклогексатриене, а как о «бензоле Кекуле» – изменения электронной плотности происходят настолько быстро, что и в этом возбужденном состоянии наблюдается одинаковое межатомное расстояние между атомами углерода в цикле, и это состояние проще всего описать как суперпозицию резонансных структур бензола, предложенных в свое время Кекуле.
Источник: J. Am. Chem. Soc., 2011, DOI: 10.1021/ja206193t (http://www.chemport.ru/datenews.php?news=2636)
