Los anillos químicos de átomos de carbono e hidrógeno se curvan para formar estructuras relativamente estables capaces de conducir electricidad y más, pero ¿cómo cambian estos sistemas curvos cuando se introducen nuevos componentes? Los investigadores con sede en Japón encontraron que, con solo algunas adiciones subatómicas, las propiedades pueden girar para variar los estados y comportamientos del sistema, como se demuestra a través de un nuevo compuesto químico sintetizado.

Los resultados fueron publicados en el Revista de la Sociedad Química Estadounidense .

"En la última decada, Las moléculas de capa abierta han atraído una atención considerable no solo en el campo de los intermedios reactivos, pero también en ciencia de materiales, "dijo el autor del artículo Manabu Abe, profesor de la Escuela de Graduados de Ciencias e Ingeniería Avanzadas, Universidad de Hiroshima.

Las moléculas de capa abierta pueden ganar o perder moléculas, lo que significa que pueden adaptarse para unirse con otros productos químicos. En nanotubos de carbono, por ejemplo, los anillos de átomos de carbono e hidrógeno se unen fuertemente entre sí. Cuantos más anillos se agreguen, sin embargo, cuanto más pueden cambiar las propiedades del tubo. Conocidos como parafenilenos curvos, o CPP, Abe y su equipo investigaron cómo podría cambiar el CPP si las moléculas de capa abierta estuvieran expuestas a sistemas con órbitas moleculares que contienen dos electrones en varios estados. además de los átomos de carbono e hidrógeno.

El proceso de introducción de estos sistemas dirradicales a los CPP resultó en un nuevo tipo de azoalcano, o compuesto de nitrógeno y un grupo de átomos de carbono e hidrógeno débilmente unidos. Este azoalcano se formó con seis CPP y degeneró en seis CPP con dirradicales.

"Investigamos para comprender los efectos de la curvatura y el tamaño del sistema en las interacciones de las partículas, los diferentes estados y sus características únicas, "Abe dijo.

Los investigadores encontraron que los CPP con dirradicales incrustados tenían diferentes estados y propiedades, como la descripción intrínseca de una partícula conocida como espín, dependiendo de cuántos CPP resultaron en el sistema final. Girar, el momento angular de una partícula, puede contribuir u obstaculizar la estabilidad de un sistema en función de cómo se equilibra la energía. Por ejemplo, en un estado singlete, un sistema permanece estable incluso con electrones no enlazados, porque sus giros son opuestos. Los estados de triplete pueden permanecer estables, así como, ya que sus electrones no enlazados pueden girar en paralelo.

"La multiplicidad de espines del estado fundamental depende en gran medida del tamaño del anillo, "Abe dijo, refiriéndose a las posibles orientaciones que puede tomar el giro, que puede indicar la estabilidad de un sistema. "El estado fundamental singlete se favoreció para los derivados de CPP más pequeños".

Los estados singlete más pequeños (CPP dirradicales con rangos de energía más pequeños entre las capas orbitales) también demostraron una característica deseada para los nanotubos de carbono:aromaticidad, o alineación más estable en un solo plano. Dado que los anillos de carbono-hidrógeno se unen con ángulos inusuales para formar los tubos, pueden desalinearse y resultar en inestabilidad del sistema. Cuantos más anillos se agreguen a un sistema, cuanto más tenso se vuelve el sistema. Para los sistemas de estados singlete más pequeños, los anillos se alinean en un plano, resultando en más estabilidad.

Próximo, los investigadores planean investigar más a fondo esta aromaticidad en el plano, con el objetivo de crear la mayor estructura posible con fuertes lazos que aún exhiba esta propiedad estable.