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Triángulo

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El trianguleno (también conocido como hidrocarburo de Clar) es el polibencenoide de estado fundamental triplete más pequeño . [1] Existe como un birradical con la fórmula química C
22yo
12[2] Fue planteado por primera vez por el químico checo Erich Clar en 1953. [3] Su primera síntesis confirmada se publicó en un número de febrero de 2017 de Nature Nanotechnology , en un proyecto dirigido por los investigadores David Fox y Anish Mistry en la Universidad de Warwick en colaboración con IBM . [4] Otros intentos de investigadores japoneses han tenido éxito solo en la fabricación de derivados de trianguleno sustituidos. [5]

Una síntesis de seis pasos produjo dos isómeros de dihidrotrianguleno que luego se depositaron sobre una base de xenón o cobre . Los investigadores utilizaron un microscopio de efecto túnel de barrido y de fuerza atómica (STM/AFM) combinados para eliminar átomos de hidrógeno individuales . La molécula sintetizada de trianguleno permaneció estable en condiciones de alto vacío y baja temperatura durante cuatro días, lo que les dio a los científicos tiempo suficiente para caracterizarla (también utilizando STM/AFM). [4]

[norte]Triangulenos

El trianguleno, tal como se define aquí, es miembro de una clase más amplia de [ n ]triangulenos, donde n es el número de hexágonos a lo largo de un borde de la molécula. Por lo tanto, el trianguleno también puede denominarse [3]trianguleno.

Teoría

Una descripción de enlace fuerte de los orbitales moleculares de [ n ]triangulenos predice [6] que los [ n ]triangulenos tienen ( n  − 1) electrones desapareados, que están asociados a ( n  − 1) estados no enlazantes. Cuando se incluyen las interacciones electrón-electrón, la teoría predice [6] [7] [8] que el número cuántico de espín total del estado fundamental S de los [ n ]triangulenos es S  =  ⁠n - 1/2⁠ . Por lo tanto, se predice que los [3]triangulenos tienen un estado fundamental S  = 1. Se predice que la interacción de intercambio intramolecular en el trianguleno, que determina la diferencia de energía entre el estado fundamental S  = 1 y el estado excitado S  = 0, es la más grande [9] entre todos los dirradicales de hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP), debido a la superposición máxima de la función de onda de los electrones desapareados.

El espín del estado fundamental de los [ n ]triangulenos se puede racionalizar [6] en términos de un teorema [10] de Elliot H. Lieb , que relaciona, para una red bipartita, el espín del estado fundamental del modelo de Hubbard en la mitad del llenado con el desequilibrio de la subred.

Experimentos

Hasta ahora, se han informado las síntesis en superficie de ultra alto vacío de [ n ]triangulenos con n  = 3, [4] 4, [11] 5 [12] y 7 [13] (el homólogo de trianguleno más grande hasta ahora). Además, también se ha informado de la síntesis en superficie de dímeros de [3]triangulenos [14] , donde la espectroscopia de túnel electrónico inelástico proporciona una evidencia directa de un fuerte acoplamiento antiferromagnético entre los triangulenos. En 2021, un equipo internacional de investigadores informó la fabricación de cadenas de espín cuántico basadas en [3]triangulenos en una superficie de oro, [15] donde se observaron firmas tanto de fraccionamiento de espín como de brecha de Haldane.

Referencias

  1. ^ IUPAC , Compendio de terminología química , 2.ª edición (el "Libro de oro") (1997). Versión corregida en línea: (2006–) "biradical". doi :10.1351/goldbook.B00671
  2. ^ "trianguleno | C22H12 | ChemSpider". www.chemspider.com . Consultado el 19 de febrero de 2017 .
  3. ^ Ball, Philip (febrero de 2017). "Trianguleno elusivo creado moviendo átomos de uno en uno". Nature . 542 (7641): 284–285. Bibcode :2017Natur.542..284B. doi : 10.1038/nature.2017.21462 . PMID  28202993. S2CID  4398214.
  4. ^ abc Pavliček, Niko; Mistry, Anish; Majzik, Zsolt; Moll, Nikolaj; Meyer, Gerhard; Fox, David J.; Gross, Leo (abril de 2017). "Síntesis y caracterización del trianguleno" (PDF) . Nature Nanotechnology . 12 (4): 308–311. Bibcode :2017NatNa..12..308P. doi :10.1038/nnano.2016.305. PMID  28192389.
  5. ^ Morita, Yasushi; Suzuki, Shuichi; Sato, Kazunobu; Takui, Takeji (2011). "Química de espín orgánico sintético para fragmentos de grafeno de capa abierta estructuralmente bien definidos". Nature Chemistry . 3 (3): 197–204. Bibcode :2011NatCh...3..197M. doi :10.1038/nchem.985. PMID  21336324.
  6. ^ abc Fernández-Rossier, J.; Palacios, JJ (23 de octubre de 2007). "Magnetismo en nanoislas de grafeno". Physical Review Letters . 99 (17): 177204. arXiv : 0707.2964 . Bibcode :2007PhRvL..99q7204F. doi :10.1103/PhysRevLett.99.177204. hdl : 10045/25254 . PMID  17995364. S2CID  9697828.
  7. ^ Wang, Wei L.; Meng, Sheng; Kaxiras, Efthimios (1 de enero de 2008). "Nanoláminas de grafeno con gran espín". Nano Letters . 8 (1): 241–245. Bibcode :2008NanoL...8..241W. doi :10.1021/nl072548a. PMID  18052302.
  8. ^ Güçlü, AD; Potasz, P.; Voznyy, O.; Korkusinski, M.; Hawrylak, P. (10 de diciembre de 2009). "Magnetismo y correlaciones en capas degeneradas rellenas fraccionalmente de puntos cuánticos de grafeno". Physical Review Letters . 103 (24): 246805. arXiv : 0907.5431 . Código Bibliográfico :2009PhRvL.103x6805G. doi :10.1103/PhysRevLett.103.246805. PMID  20366221. S2CID  18754119.
  9. ^ Ortíz, Ricardo; Boto, Roberto A.; García-Martínez, Noel; Sancho García, Juan C.; Melle-Franco, Manuel; Fernández-Rossier, Joaquín (11 de septiembre de 2019). "Reglas de intercambio para hidrocarburos dirradicales conjugados π". Nano Letras . 19 (9): 5991–5997. arXiv : 1906.08544 . Código Bib : 2019NanoL..19.5991O. doi : 10.1021/acs.nanolett.9b01773. PMID  31365266. S2CID  195218794.
  10. ^ Lieb, Elliott H. (6 de marzo de 1989). "Dos teoremas sobre el modelo de Hubbard". Physical Review Letters . 62 (10): 1201–1204. Bibcode :1989PhRvL..62.1201L. doi :10.1103/PhysRevLett.62.1201. PMID  10039602.
  11. ^ Mishra, Shantanu; Beyer, Doreen; Eimre, Kristjan; Liu, Junzhi; Berger, Reinhard; Gröning, Oliver; Pignedoli, Carlo A.; Mullen, Klaus; Fasel, romano; Feng, Xinliang; Ruffieux, Pascal (10 de julio de 2019). "Síntesis y caracterización de π-trianguleno extendido" (PDF) . Revista de la Sociedad Química Estadounidense . 141 (27): 10621–10625. doi :10.1021/jacs.9b05319. PMID  31241927. S2CID  195696890.
  12. ^ Su, Jie; Telychko, Mykola; Hu, Pan; Macam, Gennevieve; Mutombo, Pingo; Zhang, Hejian; Bao, Yang; Cheng, Fang; Huang, Zhi-Quan; Qiu, Zhizhan; Tan, Sherman JR; Lin, Hsin; Jelínek, Pavel; Chuang, Feng-Chuan; Wu, Jishan; Lu, Jiong (julio de 2019). "Síntesis ascendente atómicamente precisa de [5]trianguleno π-extendido". Science Advances . 5 (7): eaav7717. Bibcode :2019SciA....5.7717S. doi : 10.1126/sciadv.aav7717 . PMC 6660211 . PMID  31360763. 
  13. ^ Mishra, Shantanu; Xu, Kun; Eimre, Kristjan; Komber, Hartmut; Mamá, Ji; Pignedoli, Carlo A.; Fasel, romano; Feng, Xinliang; Ruffieux, Pascal (2021). "Síntesis y caracterización de [7] trianguleno". Nanoescala . 13 (3): 1624-1628. doi :10.1039/d0nr08181g. PMID  33443270. S2CID  231605335.
  14. ^ Mishra, Shantanu; Beyer, Doreen; Eimre, Kristjan; Ortiz, Ricardo; Fernández-Rossier, Joaquín; Berger, Reinhard; Gröning, Oliver; Pignedoli, Carlo A.; Fasel, Roman; Feng, Xinliang; Ruffieux, Pascal (13 de julio de 2020). "Magnetismo colectivo de todo el carbono en dímeros de trianguleno". Angewandte Chemie International Edition . 59 (29): 12041–12047. arXiv : 2003.00753 . doi :10.1002/anie.202002687. PMC 7383983 . PMID  32301570. 
  15. ^ Mishra, Shantanu; Catarina, Goncalo; Wu, Fupeng; Ortíz, Ricardo; Jacob, David; Eimre, Kristjan; Mamá, Ji; Pignedoli, Carlo A.; Feng, Xinliang; Ruffieux, Pascal; Fernández-Rossier, Joaquín; Fasel, Roman (13 de octubre de 2021). "Observación de excitaciones de bordes fraccionales en cadenas de espín de nanografeno". Naturaleza . 598 (7880): 287–292. arXiv : 2105.09102 . Código Bib :2021Natur.598..287M. doi :10.1038/s41586-021-03842-3. PMID  34645998. S2CID  234777902.