Eine Arbeitsgruppe aus Großbritannien und der Schweiz hat einen neuen Typ von Molekül hergestellt, über dessen Existenz bisher nur spekuliert worden war. Der als Cyclo[16]carbon bezeichnete Stoff ist ein Ring aus 16 Kohlenstoffatomen – und aus quantenmechanischen Gründen extrem instabil. Um den Stoff trotzdem zu erzeugen, traktierte das Entdeckerteam um Leo Gross von IBM Research Europe in Zürich und Harry L. Anderson von der University of Oxford einzelne Vorläufermoleküle mit Stromschlägen aus einem Rastertunnelmikroskop. Wie die Arbeitsgruppe in der Fachzeitschrift »Nature« berichtet, ist Cyclo[16]carbon doppelt antiaromatisch – der Ring enthält abwechselnde Zonen sehr hoher und sehr niedriger Elektronendichte, die das ganze System instabil und reaktiv machen. Deswegen war lange Zeit unklar, ob solche Ringe überhaupt herstellbar sind.

Reiner Kohlenstoff kann in ungewöhnlich vielen Varianten vorkommen. Neben den natürlich vorkommenden Stoffen Diamant und Graphit haben die künstlich erzeugten Kohlenstoffmaterialien Graphen, Fullerene und Kohlenstoffnanoröhren Schlagzeilen gemacht. Die so genannten Cyclo[N]carbone sind ein weiteres Beispiel für die Strukturvielfalt reinen Kohlenstoffs. Sie sind Ringe aus einer geradzahligen Anzahl von Kohlenstoffatomen, in denen sich Ein- und Dreifachbindungen abwechseln. Doch es gibt zwei fundamental unterschiedliche Typen solcher Ringe. Enthalten sie 10, 14 oder 18 Kohlenstoffatome, bleiben die Elektronen der Dreifachbindungen nicht an ihren Atomen, sondern verteilen sich über alle Bindungen gleichmäßig – sie sind aromatisch.

Der Effekt ist der gleiche wie bei den Doppelbindungen des Benzols – mit dem Unterschied, dass die Dreifachbindungen gleich zwei Wege haben, die Elektronen gleichmäßig über den Ring zu verteilen. Zum einen nämlich über und unter dem Ring, zum anderen innen und außen entlang des Rings von Kohlenstoffatomen. Man bezeichnet sie deshalb als doppelt aromatisch, und diese Eigenschaft macht die Moleküle besonders stabil. Darum gelang es schon vor einer Weile (im Jahr 2019), solche Ringe mit 10, 14 und 18 Kohlenstoffatomen herzustellen. Für Ringe mit 12 und 16 Kohlenstoffatomen hingegen gilt genau das Gegenteil – sie sind doppelt antiaromatisch. Ihre Elektronen verteilen sich nicht, sondern sind streng an ihre Dreifachbindungen gefesselt, die Moleküle sind sehr instabil und reaktiv.

Aus diesem Grund kann man sie nicht auf klassisch chemischen Wege produzieren. Um dennoch Cyclo[16]carbon herzustellen, griffen Anderson und Gross zu einem raffinierten Trick. Sie produzierten Vorläufermoleküle, in denen einige der Dreifachbindungen durch daran gekoppelte Molekülteile quasi maskiert waren. Diesen Ausgangsstoff verdampften sie in einem Hochvakuum, so dass sich die Moleküle einzeln auf einem Salzkristall niederschlugen. Mit der Spitze eines Rastertunnelmikroskops schließlich versetzten sie den Molekülen Stromschläge – diese Pulse trennten die maskierenden Molekülteile ab, so dass sich das gewünschte System aus Dreifachbindungen bildete.