C2 en totes les seves formes

Posted on 27/08/2011 per

3


En el seu llibre “The same and not the sameRoald Hoffmann, premi Nobel de Química de 1981, poeta i excel·lent divulgador de la Química, dedica un capítol a l’espècie química C2 titulat “C2 in all its guises“. Si us interessa, aquest capítol en format pdf us el podeu baixar de la xarxa. En el seu article, Hoffmann comenta que la separació de la química en les branques orgànica, inorgànica, física, analítica i biològica té poc sentit i ho fa mostrant que si un vol estudiar a fons una molècula tan senzilla com el C2 necessita aproximar-s’hi des dels diferents camps de la Química.

Química Física. A aquesta subdisciplina li correspondria l’estudi de la molècula de C2 en fase gas. Per l’estat fonamental aquesta molècula presenta una distància d’enllaç de 1.2425 Å i un enllaç doble π sense enllaç σ. Es dels pocs casos on es prefereix un enllaç π a un de σ, la qual cosa té conseqüències importants en la generació de ful·lerens donat que facilita la formació d’estructures ful·lerèniques a partir de unitats C2. Per cert, el C2 és el responsable de la llum blava que es veu en les flames. Es molt interessant també saber que des d’un punt de vista experimental es coneixen fins a 12 estats excitats d’aquesta molècula i que per a un d’ells la distància C-C és més curta (1.23 Å) que la de l’estat fonamental!

Química Orgànica. La unitat de C2 apareix en moltes estructures orgàniques, començant per les molècules d’età, etè i etí.

Química Inorgànica. Dins la química organometàl·lica trobem la unitat de C2 en complexes com el [(t-Bu3SiO)3Ta]2C2 o el Ru4(C2)(PPh2)2(CO)12 o en el clúster metàl·lic Co3Ni7C2(CO)153-. A nivell de química de l’estat sòlid el C2 el trobem en el carbur càlcic CaC2, a l’estructura Gd10C6Cl17 i es forma quan dipositem acetilè sobre una superfície de plata.

Acaba Hoffmann escrivint que la natura ens està dient: “You guys may chop up chemistry as you wish, but I’m telling you the world is one. There are C2 molecular units in each of these structures, acting out a dance of varying distances”. De fet aquesta opinió sobre la necessitat d’oblidar-nos de les àrees de coneixement també la va expressar el Prof. Lledós a la seva xerrada al cicle de conferències de divulgació de la Química.

Vull aprofitar aquesta entrada per posar al dia el tema del C2 molecular pel que fa al camp de la química orgànica (bé, també podria ser inorgànica perquè surten metalls). Fa referència a un tipus de ful·lerens endoèdrics dels quals ja en varem parlar en una entrada anterior. Són els anomenats ful·lerens endoèdrics de carbur metàl·lic, i un exemple és el de la Figura 1, el Ti2C2@C78 (convé recordar que la notació Ti2C2@C78 vol dir que el Ti2C2 està encapsulat dins de la caixa de C78, veure Figura 1), la reactivitat del qual ha estat estudiada recentment per Marc Garcia de l’Institut de Química Computational. Les càrregues formals en aquest compost són el (Ti2)8+(C2)2-@(C78)6-. Es a dir, tenim una unitat d’acetildè (C2)2- que té una estructura electrònica idèntica a la del N2 però que no és estable aïllat perquè té tendència a perdre els electrons. Sí que és perfectament estable a l’interior de la caixa ful·lerènica.

Figura 1. Ful·lerè endoèdric de carbur metàl·lic Ti2C2@C78. La unitat de C2 està marcada de color verd.

Figura 1. Ful·lerè endoèdric de carbur metàl·lic Ti2C2@C78. La unitat de C2 està marcada de color verd.

De fet el primer ful·lerè endoèdric de carbur metàl·lic, el Sc2C2@C84 (veure Figura 2), el va sintetitzar l’any 2001 el grup japonès del Prof. H. Shinohara molt actiu en aquesta àrea. En l’abstract de la publicació explica que de fet el 1999 ja l’havien sintetitzat però que inicialment el varen assignar equivocadament al compost Sc2@C86. Errors d’assignació d’aquesta mena n’hi hagut un bon número en el camp dels ful·lerens endoèdrics de carbur metàl·lic. Així, els compostos Sc2C84, Sc3C82, and Y2C84 que inicialment es varen considerar que eren ful·lerens endoèdrics del tipus M2@C2n and M3@C2n s’ha vist que eren finalment els ful·lerens endoèdrics de carbur metàl·lic Sc2C2@C82, Sc3C2@C80 i Y2C2@C82.

Figura 2. El ful·lere endoèdric de carbur metàl·lic Sc2C2@C84.

Figura 2. El ful·lere endoèdric de carbur metàl·lic Sc2C2@C84.

Comparant les figures 1 i 2 es pot veure que la unitat d’acetildè (C2)2- en alguns ful·lerens es col·loca de forma lineal (end on) com en el Ti2C2@C78 i en d’altres en forma de papellona (side on) com en el Sc2C2@C84. En alguns casos el C2 es manté fixe dins del ful·lerè i en altres casos té rotació lliure.

Per acabar comentar la síntesi per part del grup xinès de C.-R. Wang del ful·lerè endoèdric de carbur metàl·lic Sc4C2@C80. Aquest sistema s’ha de formular de fet com C2@Sc4@C80, és a dir, es tracta d’una unitat de (C2)6- dins una caixa tetraèdrica de (Sc4)12+ que a la vegada està dins d’una caixa (C80)6- . Es el  primer exemple d’un ful·lere tipus nina russa, amb diferents capes i amb la unitat de C2 al final de tot (veure Figura 3).

Figura 3. La nina russa C2@Sc4@C80.

Figura 3. La nina russa C2@Sc4@C80.

Estic segur que l’existència d’aquests ful·lerens endoèdrics de carbur metàl·lic haurà entusiasmat al Prof. Roald Hoffmann donat que proporciona un exemple més del poc raonable que és avui dia la separació de la Química en les diferents àrees. Cada cop més els problemes cal abordar-los de forma interdisciplinar i atacar-los des de diferents punts de vista.

Advertisements