Ученые создали невозможные молекулы и переписали базовые законы химии

Исследовательская группа Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе сообщила о создании молекулярных структур, которые ещё недавно считались принципиально невозможными с точки зрения классической органической химии. Учёным удалось синтезировать клеткообразные молекулы с искажёнными двойными связями, тем самым продемонстрировав, что фундаментальные химические правила могут работать не так строго, как предполагалось ранее.

Работа стала продолжением исследований, начатых в 2024 году под руководством профессора химии Нила Гарга. Тогда команда показала, что правило Бредта, действовавшее более ста лет и запрещавшее формирование определённых двойных углерод-углеродных связей, может быть нарушено при экстремальных пространственных условиях. В новом исследовании учёные пошли ещё дальше, смоделировав и зафиксировав кратковременное существование молекул кубена и квадрициклена, обладающих резко деформированными двойными связями.

В отличие от привычных плоских структур, в этих соединениях химические связи вынуждены принимать напряжённую трёхмерную форму. Их электронный порядок приближается к значению 1,5 вместо классических двух, что указывает на промежуточный характер связи. Для описания этого явления исследователи ввели термин «гиперпирамидализация», обозначающий экстремальное отклонение от стандартной геометрии молекулы.

Полученные структуры отличаются высокой реакционной способностью и нестабильностью, поэтому их невозможно выделить в чистом виде. Тем не менее совмещение лабораторных экспериментов и компьютерного моделирования позволило доказать, что такие молекулы действительно возникают на отдельных стадиях химических реакций. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Chemistry.

По мнению авторов работы, открытие имеет прикладное значение прежде всего для фармацевтики. Современная разработка лекарств всё чаще требует создания компактных трёхмерных молекул, способных избирательно взаимодействовать с биологическими мишенями. Новые подходы к управлению формой и напряжением молекул могут расширить инструментарий химиков и ускорить появление принципиально новых препаратов.