Прорывное исследование, проведенное химическим факультетом Оксфордского университета в Великобритании, впервые позволило синтезировать молекулы циклического углерода, которые стабильны в среде раствора при комнатной температуре и могут быть охарактеризованы спектрально. Соответствующие результаты были опубликованы в журнале Science. Этот новый тип аллотропа углерода называется циклическим [48] углеродом и существует в структуре [4] катенана. То есть углеродное кольцо С48 сцеплено с тремя макроциклическими молекулами, что значительно повышает его стабильность.
Раньше кольца из чистых атомов углерода можно было изучать только в газовой фазе или при экстремально низких температурах (4–10 К). Оптимизировав стратегию синтеза — выбрав углеродные кольца большого размера с низким напряжением деформации, используя макроциклическую защиту резьбы и разработав мягкие условия реакции — команда успешно получила молекулу циклического углерода с периодом полураспада 92 часа в растворе при 20°C. Это второй аллотроп углерода, который можно изучать в обычных лабораторных условиях, после синтеза фуллерена в 1990 году.
Исследовательская группа подтвердила структуру циклического карбонина с помощью масс-спектрометрии, ядерного магнитного резонанса, спектроскопии ультрафиолетового и видимого поглощения и спектроскопии комбинационного рассеяния света. Данные ЯМР показали, что 48 атомов углерода находились в одном и том же химическом окружении, что еще раз подтвердило его высокосимметричную кольцевую структуру.
Исследование, которое заняло много лет, было завершено на современной установке ядерного магнитного резонанса на химическом факультете Оксфордского университета совместно с исследовательскими усилиями Манчестерского университета, Бристольского университета и Центральной лазерной установки лаборатории Резерфорда Эпплтона. Этот прорыв заложил основу для изучения свойств и применения циклических молекул углерода, ознаменовав новый этап в исследованиях углеродных материалов.