사이클로 카본 : 최초의 사이클 탄소 동소체
탄소 동소체가 많이 있습니다. 동소체는 구조가 다른 동일한 요소의 형태입니다. 그러나 오늘날의 합성 첫 번째 순환 탄소 동소체가 된 과학에 보고..
가장 잘 알려진 탄소 형태는 다이아몬드 (a) 또는 흑연 (b)입니다. 다른 동소체는 풀러렌 (d, e, f), 비정질 탄소 (g) 또는 탄소 나노 튜브 (h)입니다.
탄소 동소체
탄소의 다른 동소체 형태. Wikipedia를 통해 Andel에 대한 크레디트..
그러나 오늘날까지 고리 형 분자의 모든 탄소 고리를 특성화하는 것은 불가능했습니다. 옥스퍼드 대학의 연구원들은 IBM의 과학자들과 팀을 이루어 오랫동안 잊혀진이 도전을 부활시켰습니다..
그 결과는 놀랍습니다. 단일 결합과 삼중 결합이 교대로 결합된18 개의 sp- 하이브리드 탄소 원자의 원입니다.
사이클로 카본의 AFM 이미지
AFM을 사용하는 모든 탄소 사이클로 카본의 이미지. Nature를 통한 IBM Research에 대한 크레디트
그러한 분자를 만드는 도전은 실제로 새로운 것이 아닙니다. 사실,사실, 이 최근 작업의 기초는 이미 1990 년에 확립되었습니다..
목차 숨기기
1 사이클로 카본을 향한 초기 작업
2 첫 번째 순환 탄소 동소체의 합성 및 특성화
3 최초의 순환 탄소 동소체의 중요성
사이클로 카본을 향한 초기 작업
당시 François Diederich 그룹은 같은 종류의 고리 형 탄소 동소체 인 cyclo [18] carbon의 합성을 추구하면서 Journal of the American Chemical Society 에이 고리의 안정한 헥사 코발트 복합체의 합성 및 특성화를 보고 했습니다.. 재료.
사이클로 카본 전구체
1990 년에 Diederich와 동료들이 J. Am. 을 통해 보고 한 애매한 시클로 [18] 탄소 (왼쪽 위)와 그 분자의 코발트 복합체 (아래(아래). Chem. Soc.
이 구조적으로 특이한 배위 복합체는 원하는 모든 탄소 순환 분자에 실제로 가깝게 보일 수 있지만 이것은 진실에서 멀어질 수 없습니다.
실제로 Diederich와 그의 팀이 이 목표를 향한 초기 단계를 수행 한 지 거의 30 년이 지난 지금까지도 마찬가지입니다.
최초의 순환 탄소 동소체의 합성 및 특성화
2019 년으로 빨리 감기, P. Gawel, HL Anderson (Oxford University), L. Gross (IBM) 및 동료들이 마침 내이 과제를 완료했습니다.
어떻게 했을까요?STM ( Scanning Tunneling Microscopy )을 많이 사용했습니다.
STM은 양자 터널링을 기반으로 하는 기술입니다. STM에서는 일반적으로 연구하려는 분자를 금속 표면에 증착합니다. 그런 다음 매우 작은 전도 팁을 통해 전압이 적용되어 전자가 "터널링"하여 전류를 생성할 수 있습니다. 시스템의 변화를 분석하여 정보를 추출하여 이미지로 표시할 수 있습니다.
가장 최근의 STM 및 원자력 현미경 (ATM)의 발전 덕분에 분해능이 뛰어난 분자의 이미지를 얻고 볼 수 있습니다..
Diederich 그룹은 여러 시클로 카본 산화물의 합성을 개발했습니다 (아래 그림에서 전구체로 표시됨).
Triangular oxygenated 분자 인 Cyclocarbon oxide (C24 O6)는는 Cu (111) 표면의 NaCl 이중층 위에 증착되었습니다. 그런 다음 저온 STM-AFM에 제출되었습니다.
이러한 조건에서 시작 분자는 일산화탄소로 CO를 잃습니다. 이 과정은 전체 탄소 18 원 고리 인 사이클로 카본이 얻어질 때까지 여러 번 발생할 수 있습니다. 분자는 동시에 현장에서 이미지화 (따라서 특성화) 될 수 있습니다. 이러한 방식으로, 탄소의 첫 번째 고리 동소체가 최종적으로 준비되었습니다.
첫 번째 고리 탄소 동소체의 합성
사이클로 카본 (C18)을 생성하기 위한 사이클로 카본 산화물 (C18 + (CO) n)의 표면 상 탈 카보 일화.. 앤더슨과 동료들에게 과학을 통한 크레디트..
탈 카보 닐화 과정은 단계적으로 발생합니다 (한 번에 한 분자의 CO). 이를 통해 최종 시클로 카본의 이미지뿐만 아니라 여러 탈 카르 보 닐화 중간체의 이미지도 볼 수 있습니다.
순환 탄소 동소체의 이미지
C20 O2. 앤더슨과 동료들에게 과학을 통한 크레디트..
이러한 복잡한 시스템에는 고전적인 Hückel 규칙을 적용할 수 없기 때문에 결과 구조가 "방향족"인지 구분하기가 어렵습니다.. 사실, 하나의 이 제품 간의 경계라고 주장할 수 무기 및 유기 화학.
많은 과학자들은 전에이 알기 어려운 구조를 만들고 관찰하려고 했습니다.. 그런데 왜?
최초의 순환 탄소 동소체의 중요성
우선, cyclo [18] carbon에 대한 초기 연구는이 새로운 물질이 새로운 탄소 동소체 또는 다 방향족 탄화수소와 같은 다른 화합물의 합성에 대한 주요 매력 인 반도체 역할을 할 수 있음을 시사합니다.
순수하게 학문적인 관점에서 볼 때, 이, 특정 구조는 잘 알려진 다른 탄소 동소체보다 훨씬 덜 안정적입니다. 따라서 극복해야 할 중요한 과학적 도전이었습니다. 많은 사람들이 곧 볼 것이라고 생각하지 않는 분자를 실제로 보는 데는 30 년이 걸렸고 STM-AFM과 같은 현대 기술을 습득했습니다.
이 발견을 통해 과학자는 오래된 미스터리를 해결할 수 있었습니다.. 환상의 모든 탄소 분자는 다원 (이중 및 삼중 결합) 또는 누적 (연속 이중 결합)입니까?
아래 이미지에서 볼 수 있듯이 탄소의 순환 동소체의 실험 이미지는 삼중 결합과 단일 결합이 교대로 이루어진 예측된 폴리 인과 완벽하게 일치합니다..
사이클로 카본의 다원 구조
폴리 인 대 시클로 카본의 cummulene 구조. 앤더슨과 동료들에게 과학을 통한 크레디트..
지금까지 이것은 매우 기본적인 연구입니다. 왜냐하면 이러한 기술은 "한 번에 하나의 분자"만 만들고 매우 특정한 조건에서 만들 수 있기 때문입니다. 이것은 잠재적인 애플리케이션을 테스트하기에 충분한 양의 재료를 실제로 준비하는 것을 허용하지 않습니다. 그러나 이것은 나노 물질 화학에서 큰 도약이며, 이, 발견은 과학계를 많은 관련 발견으로 이끌 것입니다.
