Saturnus is de op één na grootste planeet in ons zonnestelsel en heeft een karakteristieke ring. Japanse onderzoekers hebben nu een moleculaire "nano-Saturnus" gesynthetiseerd. Zoals de wetenschappers in het tijdschrift rapporteren Angewandte Chemie , het bestaat uit een bolvormig C60 fullereen als de planeet en een platte macrocyclus gemaakt van zes antraceen-eenheden als de ring. De structuur wordt bevestigd door spectroscopische en röntgenanalyses.

Nano-Saturnus-systemen met een bolvormig molecuul en een macrocyclische ring zijn een fascinerend structureel motief voor onderzoekers. De ring moet een stijve, ronde vorm, en moet de moleculaire sfeer stevig in het midden houden. Fullerenen zijn ideale kandidaten voor de nanobol. Ze zijn gemaakt van koolstofatomen die zijn verbonden in een netwerk van ringen die een holle bol vormen. Het meest bekende fullereen, C ₆₀ , bestaat uit 60 koolstofatomen gerangschikt in 5- en 6-ledige ringen, zoals de leren patches van een klassieke voetbal. De elektronen in hun dubbele bindingen, bekend als de π-elektronen, bevinden zich in een soort "elektronenwolk, " in staat om vrij te bewegen en bindingsinteracties te hebben met andere moleculen, zoals een macrocyclus die ook een "wolk" van π-elektronen heeft. Door de aantrekkelijke interacties tussen de elektronenwolken kunnen fullerenen zich nestelen in de holtes van dergelijke macrocycli.

Een reeks van dergelijke complexen is eerder gesynthetiseerd. Vanwege de posities van de elektronenwolken rond de macrocycli, het was voorheen alleen mogelijk om ringen te maken die het fullereen omringen als een riem of een band. De ring rond Saturnus, echter, is niet als een "riem" of "band, " het is een heel platte schijf. Onderzoekers van het Tokyo Institute of Technology en Okayama University of Science (Japan) wilden dit op nanoschaal goed nabootsen.

Hun succes was het gevolg van een ander soort binding tussen de 'nanoplaneet' en zijn 'nanoring'. In plaats van de aantrekkingskracht tussen de π-elektronenwolken van het fullereen en de macrocyclus te gebruiken, het team dat met Shinji Toyota werkte, gebruikte de zwakke aantrekkelijke interacties tussen de π-elektronenwolk van het fullereen en niet--elektron van de koolstof-waterstofgroepen van de macrocyclus.

Om hun "Saturnus ring te bouwen, " kozen de onderzoekers ervoor om antraceeneenheden te gebruiken, moleculen gemaakt van drie aromatische zesledige koolstofringen die langs hun randen zijn verbonden. Ze koppelden zes van deze eenheden aan een macrocyclus waarvan de holte de perfecte grootte en vorm had voor een C ₆₀ fullereen. Achttien waterstofatomen van de macrocyclus projecteren in het midden van de holte. In totaal, hun interacties met het fullereen zijn voldoende om het complex voldoende stabiliteit te geven, zoals blijkt uit computersimulaties. Door gebruik te maken van röntgenanalyse en NMR-spectroscopie, het team was in staat om experimenteel te bewijzen dat ze Saturnus-vormige complexen hadden geproduceerd.