Saturne est la deuxième plus grande planète de notre système solaire et possède un anneau caractéristique. Des chercheurs japonais ont maintenant synthétisé un « nano-Saturne » moléculaire. Comme le rapportent les scientifiques dans le journal Angewandte Chemie , il se compose d'un fullerène C60 sphérique comme planète et d'un macrocycle plat composé de six unités d'anthracène comme anneau. La structure est confirmée par des analyses spectroscopiques et aux rayons X.

Les systèmes nano-saturne avec une molécule sphérique et un cycle macrocyclique ont été un motif structurel fascinant pour les chercheurs. L'anneau doit être rigide, forme circulaire, et doit tenir fermement la sphère moléculaire en son sein. Les fullerènes sont des candidats idéaux pour la nanosphère. Ils sont constitués d'atomes de carbone liés dans un réseau d'anneaux qui forment une sphère creuse. Le plus célèbre des fullerènes, C 60 , se compose de 60 atomes de carbone disposés en anneaux à 5 et 6 chaînons comme les plaques de cuir d'un ballon de football classique. Les électrons dans leurs doubles liaisons, connu sous le nom d'électrons , sont dans une sorte de "nuage d'électrons, " capable de se déplacer librement et d'avoir des interactions de liaison avec d'autres molécules, comme un macrocycle qui a également un "nuage" d'électrons . Les interactions attractives entre les nuages ​​d'électrons permettent aux fullerènes de se loger dans les cavités de ces macrocycles.

Une série de tels complexes a déjà été synthétisée. En raison des positions des nuages ​​d'électrons autour des macrocycles, il n'était auparavant possible de fabriquer que des anneaux qui entourent le fullerène comme une ceinture ou un pneu. L'anneau autour de Saturne, cependant, n'est pas comme une "ceinture" ou un "pneu, " c'est un disque très plat. Des chercheurs travaillant à l'Institut de technologie de Tokyo et à l'Université des sciences d'Okayama (Japon) ont voulu imiter correctement cela à l'échelle nanométrique.

Leur succès résultait d'un type différent de liaison entre la "nano-planète" et son "nano-anneau". Au lieu d'utiliser l'attraction entre les nuages ​​d'électrons du fullerène et du macrocycle, l'équipe travaillant avec Shinji Toyota a utilisé les faibles interactions attractives entre le nuage d'électrons du fullerène et les électrons non π des groupes carbone-hydrogène du macrocycle.

Pour construire leur "anneau de Saturne, " les chercheurs ont choisi d'utiliser des unités d'anthracène, molécules constituées de trois cycles carbonés aromatiques à six chaînons liés le long de leurs bords. Ils ont lié six de ces unités dans un macrocycle dont la cavité était la taille et la forme parfaites pour un C 60 fullerène. Dix-huit atomes d'hydrogène du macrocycle se projettent au milieu de la cavité. Au total, leurs interactions avec le fullerène suffisent à donner au complexe une stabilité suffisante, comme le montrent les simulations informatiques. En utilisant l'analyse aux rayons X et la spectroscopie RMN, l'équipe a pu prouver expérimentalement qu'ils avaient produit des complexes en forme de Saturne.