Quin escullo…? Doncs el més aromàtic

Posted on 19/07/2013 per

0


En aquest bloc ja s’ha comentat en dues ocasions anteriors (1, 2) què són els metal·loful·lerens endoèdrics (EMFs). Es tracta de ful·lerens que tenen una espècie metàl·lica encapsulada en el seu interior. Els ful·lerens són una nova forma al·lotròpica de carboni en la que els àtoms de carboni formen 12 pentagons i un nombre variable d’hexagons disposats d’una manera aproximadament esfèrica. En el cas del C60 de la Figura 1 tenim 12 pentàgons i 20 hexàgons. Com us podeu imaginar hi ha moltes maneres d’unir els pentàgons i els hexàgons per formar una molècula de C60. Concretament hi ha 1812 maneres diferents, és a dir, hi ha 1812 isòmers del C60. Finalment el C60 que es forma, a l’igual que tota la resta de ful·lerens buits i no funcionalitzats (sense grups units a la caixa per la part de fora), compleix amb el que es coneix amb el nom de la regla del pentagon aïllat (IPR). Aquesta regla formulada pel premi Nobel H. W. Kroto el 1987 estableix que d’entre tots els isòmers d’un determinat ful·lerè (C2n), els més estables són aquells que no tenen pentàgons adjacents. La raó és que tenir dos pentàgons de costat genera tensió d’enllaç i té un cost energètic elevat. Dels 1812 isòmers del C60, només 1 compleix la regla IPR i és el que es forma experimentalment i el que podeu veure a la Figura 1.

Figura 1. La molècula de C60.

Figura 1. La molècula de C60.

Tanmateix en el cas dels metal·loful·lerens endoèdrics hi ha molts de casos en els que la regla IPR s’incompleix. Un exemple és el de la Figura 2 on es representa el Y3N@(22010)C2-C78 que conté, com es pot veure en color blau, dues parelles de pentagons adjacents i, per tant, es tracta d’un isòmer no-IPR. La pregunta que ens podem fer és perquè quan tenim ful·lerens buits la regla IPR es segueix en tots els casos i en canvi quan hi ha algun clúster metàl·lic a l’interior del ful·lerè la regla es segueix en uns casos sí i en altres no. La resposta l’han donat un grup de químics teòrics de l’Institut de Química Computacional i Catàlisi (IQCC) que han demostrat en un article publicat recentment a la revista Angew. Chem. Int. Ed. que la caixa de carboni escollida pels metal·loful·lerens endoèdrics és aquella que presenta una aromaticitat més elevada, el que li confereix més estabilitat. En els metal·loful·lerens endoèdrics, el clúster metàl·lic a l’interior de la caixa transfereix un nombre variable d’electrons a la caixa de carboni i això li dóna aromaticitat. La raó és que els 12 pentagons del ful·lerè que són antiaromàtics en el ful·lerè neutre (com en el ciclopentadiè), reben la major part de la càrrega transferida pel clúster metàl·lic i augmenten de forma important la seva aromaticitat (com en l’anió ciclopentadienil).

Figura 2. El metal·laful·lerè endoèdric Y3N@(22010)C2-C78.

Figura 2. El metal·laful·lerè endoèdric Y3N@(22010)C2-C78.

Resumint el que tenim bàsicament és un equilibri entre la tensió d’enllaç provocada pels pentàgons adjacents i l’aromaticitat. Els ful·lerens buits són poc aromàtics, i conseqüentment, el més important és el factor relacionat amb la tensió dels enllaços, el que explica que funcioni tant bé la regla IPR per aquests casos. Menys tensió d’enllaç, més estabilitat. Les caixes dels metal·loful·lerens endoèdrics en canvi són força aromàtiques i aquí pesa més l’aromaticitat que no pas la tensió d’enllaç. Més aromaticitat, més estabilitat. En definitiva pot ser perfectament que per un metal·loful·lerè endoèdric determinat la caixa més estable (més aromàtica) sigui una caixa no-IPR.

Finalment dir que Marc Garcia-Borràs i Sílvia Osuna a partir d’una idea de Josep M. Luis van dissenyar per aquest article la portada que podeu veure a la Figura 3 i que va ser acceptada per l’editor d’Angew. Chem. Int. Ed. com a contraportada. Una manera molt visual d’explicar el què passa amb els metal·laful·lerens endoèdrics.

Figura 3. Contraportada d'un dels propers números del volum 49 d'Angew. Chem. Int. Ed.

Figura 3. Contraportada d’un dels propers números del volum 49 d’Angew. Chem. Int. Ed.

Anuncis