Gli anelli chimici di atomi di carbonio e idrogeno si curvano per formare strutture relativamente stabili in grado di condurre elettricità e altro, ma come cambiano questi sistemi curvi quando vengono introdotti nuovi componenti? I ricercatori con sede in Giappone hanno scoperto che, con poche aggiunte subatomiche, le proprietà possono ruotare per variare stati e comportamenti del sistema, come dimostrato attraverso un nuovo composto chimico sintetizzato.

I risultati sono stati pubblicati nel Giornale della Società Chimica Americana .

"Negli ultimi dieci anni, molecole a guscio aperto hanno attirato notevole attenzione non solo nel campo degli intermedi reattivi, ma anche nella scienza dei materiali, " ha detto l'autore della carta Manabu Abe, professore presso la Graduate School of Advanced Science and Engineering, Università di Hiroshima.

Le molecole a guscio aperto possono guadagnare o perdere molecole, il che significa che possono adattarsi per legarsi con altre sostanze chimiche. Nei nanotubi di carbonio, Per esempio, anelli di atomi di carbonio e idrogeno si legano fortemente l'uno all'altro. Più anelli aggiunti, però, più le proprietà del tubo possono cambiare. Noti come parafenileni curvi, o CPP, Abe e il suo team hanno studiato come potrebbe cambiare il CPP se le molecole a guscio aperto fossero esposte a sistemi con orbite molecolari contenenti due elettroni in vari stati, oltre agli atomi di carbonio e idrogeno.

Il processo di introduzione di questi sistemi diradicali nei CPP ha portato a un nuovo tipo di azoalcano, o composto di azoto e un gruppo di atomi di carbonio e idrogeno legati debolmente. Questo azoalcano si è formato con sei CPP e degenerato in sei CPP con diradicali.

"Abbiamo studiato per comprendere gli effetti della curvatura e delle dimensioni del sistema sulle interazioni delle particelle, i diversi stati e le loro caratteristiche uniche, " ha detto Abe.

I ricercatori hanno scoperto che i CPP con diradicali incorporati avevano stati e proprietà variabili, come la descrizione intrinseca di una particella nota come spin, a seconda di quanti CPP hanno portato al sistema finale. Rotazione, il momento angolare di una particella, può contribuire o ostacolare la stabilità di un sistema in base a come l'energia è equilibrio. Per esempio, in stato di canottiera, un sistema rimane stabile anche con elettroni non legati, perché i loro giri sono opposti. Gli stati di tripletta possono rimanere stabili, anche, poiché i loro elettroni non legati possono ruotare in parallelo.

"La molteplicità di spin dello stato fondamentale dipende in gran parte dalla dimensione dell'anello, "Abe ha detto, riferendosi ai potenziali orientamenti che spin può assumere, che può indicare la stabilità di un sistema. "Lo stato fondamentale singoletto è stato favorito per i derivati ​​CPP più piccoli".

Gli stati di singoletto più piccoli - CPP diradicali con intervalli di energia più piccoli tra i gusci orbitali - hanno anche dimostrato una caratteristica desiderata per i nanotubi di carbonio:aromaticità, o un allineamento più stabile su un unico piano. Poiché gli anelli carbonio-idrogeno si legano con angoli insoliti per formare i tubi, possono essere forzati fuori allineamento e provocare instabilità del sistema. Più anelli vengono aggiunti a un sistema, più il sistema diventa teso. Per i più piccoli sistemi di stato singoletto, gli anelli si allineano su un piano, con conseguente maggiore stabilità.

Prossimo, i ricercatori hanno in programma di indagare ulteriormente su questa aromaticità nel piano, con l'obiettivo di creare la più grande struttura possibile con forti legami che mostra ancora questa proprietà stabile.