Cap a una síntesi racional de nanotubs

Posted on 11/06/2012 per

1


En una entrada anterior vàrem parlar del coranul·lè (Figura 1) i com a mínim en dues entrades anteriors (1 i 2) dels nanotubs. En aquesta entrada parlem de la síntesi d’un nanotub a partir d’un procés que s’inicia amb una molècula de coranul·lè (es pot trobar més informació en un article recent d’Angew. Chem.). El gran avantatge d’aquest nou mètode és que evita un dels problemes principals dels actuals processos de síntesi de nanotubs i és que no es poden aconseguir nanotubs d’una determinada forma i longitud i això en restringeix el seu ús.

Figura 1. Molècula de coranul·lè.

Actualment s’obtenen nanotubs de forma, longitud i amplada variables, difícilment reproduïbles. A més s’obtenen apilonats i amb longituds que normalment no superen el micròmetre. Seria interessant poder obtenir fibres de nanotubs de forma, longitud i amplada controlada. Tots els estudis que s’han fet fins ara demostren que en cas de tenir fibres de nanotubs suficientment llargues aquestes tindrien una resistència superior a la de l’acer. Per tant, un dels reptes de la ciència dels materials és aconseguir un procés de síntesi racional i controlada de nanotubs. El treball recent del grup de Scott i col·laboradors del Boston Collegue de Massachusetts ens aproxima cap a aquest desitjat objectiu.

La síntesi s’inicia amb una molècula de coranul·lè (veure Figura 2). Ja vàrem explicar en una entrada anterior que molt recentment s’ha trobat una ruta de síntesi que permet obtenir quantitats en grams d’aquesta molècula. En una primera etapa s’incorporen 5 àtoms de Cl en l’estructura del coranul·lè mitjançant tractament amb ICl. En una segona etapa i a través de la reacció amb 2,6-diclorofenilzinc, es substitueixen els àtoms de Cl per grups 2,6-diclorofenil (molècula 6 a la Figura 2). El pas de 6 a 7 s’ha de fer per piròlisi al buit (flash vacuum pyrolisis, FVP). No es tracta d’una síntesi química habitual sinó que és una descomposició química de matèria orgànica causada per l’escalfament en absència d’oxígen. El resultat de la FVP és l’obtenció dels compost 7 que es pot veure a les Figures 2 i 4 i que és com una mena de bol molecular.

Figura 2. En dues etapes passem del coranulè a una tapa final de nanotub.

A continuació l’estructura 7 es va fent crèixer mitjançant les dues reaccions que es descriuen en la Figura 3. Aquestes dues reaccions es podrien substituir per una reacció Diels-Alder amb acetilè, però desgraciadament aquesta reacció no funciona. El que si funciona és una Diels-Alder amb nitroetè generat in situ a partir de nitroetanol i anhidríc ftàlic seguida per una deshidrogenació i pèrdua d’una molècula d’àcid nitrós (Figura 3).

Figura 3. Model de reacció que es fa servir per fer crèixer el nanotub.

L’aplicació continua d’aquesta doble reacció partint de la molècula 7 permet fer crèixer el nanotub de 5 anells d’amplada fins a la longitud que es consideri adient. S’obté un nanotub [5,5] de tipus armchair (“butaca”). Es tracta d’un pas molt important cap a la síntesi racional de nanotubs que pot suposar un gran benefici per la societat en forma de materials molt resistents i de poc pes. Així doncs cada cop està més a prop el dia que podrem jugar amb una raqueta de tennis de nanotub a les mans. Aquest dia recordeu la feina que varen fer Scott i col·laboradors.

Figura 4. A base de succesives reaccions Diels-Alder i deshidrogenacions podem anar construint un nanotub [5,5]-CNT.

Advertisements