Los químicos de NUS han desarrollado una estrategia para la síntesis atómicamente precisa de nanocinturones de carbono con bordes en zigzag (CNB) completamente conjugados. La molécula obtenida, conocido como octabenzo [12] ciclaceno, es reconocido como uno de los primeros segmentos sintéticos completamente caracterizados de bordes en zigzag (12, 0) nanotubos de carbono. Estas estructuras moleculares han sido objetivos esquivos para los químicos sintéticos durante los últimos 35 años.

Los nanotubos de carbono de pared simple (SWCNT) son una clase especial de materiales de carbono que comprenden láminas de grafeno en una estructura de tubo hueco con paredes de un átomo de espesor. Están considerados como uno de los materiales más prometedores para el desarrollo de dispositivos nanoelectrónicos de próxima generación. Sin embargo, los métodos de producción actuales, como la descarga de arco y la vaporización con láser, son incapaces de lograr una síntesis atómicamente precisa de SWCNT, lo que afecta sus propiedades eléctricas y ópticas. Como método alternativo, La investigación se ha centrado en los BNC, que son moléculas en forma de cinturón que consisten únicamente en anillos de benceno fusionados de forma circular. Estas moléculas de CNB podrían potencialmente servir como semilla para el crecimiento de nanotubos de carbono estructuralmente bien definidos. En años recientes, Ha habido un resurgimiento del interés en la síntesis orgánica ascendente de CNB. Los CNB con diferentes configuraciones, como los bordes quirales y con brazos, se han sintetizado y caracterizado completamente, respectivamente. Sin embargo, la síntesis de una configuración única que involucra los fragmentos de zigzag con bordes (n, 0) Los CNT siguen siendo esquivos (consulte la Figura (a)).

Un equipo de investigación dirigido por el profesor Chi Chunyan del Departamento de Química, Universidad Nacional de Singapur, ha desarrollado una estrategia que combina estabilización termodinámica y protección cinética para lograr una síntesis atómicamente precisa de un borde en zigzag (12, 0) Segmento SWCNT. La síntesis se logró mediante la adición de Diels-Alder dos veces para construir primero un precursor libre de cepas, seguido de desoxigenación reductora para obtener un conjugado completo, CNB tenso. Se aplicó un concepto conocido como benzoanulación para aumentar la energía de estabilización de resonancia de modo que se pueda lograr la estabilidad termodinámica del compuesto final. Mientras tanto, la unión de sustituyentes en los bordes en zigzag evitaría cinéticamente reacciones de cicloadición que originalmente pueden destruir la estructura de la columna vertebral conjugada.

El equipo de investigación utilizó varias herramientas de caracterización avanzadas para investigar la estructura de la molécula de octabenzo [12] ciclaceno que habían obtenido. Usando difracción de rayos X monocristalino, encontraron que la molécula adopta una geometría cilíndrica altamente simétrica (Figuras (c) y (d)), similar a la de un nanotubo de carbono. Una visualización de la estructura cristalina, Se utilizó un software de exploración y análisis (Mercury) para medir el diámetro interno de este nanocinturón, que es de aproximadamente 9.2 Ångstrom. Los investigadores también realizaron análisis de deformación computacional en la estructura molecular y sus resultados sugieren que los grupos fenilo en los bordes en zigzag juegan un papel importante en proporcionar estabilidad al prevenir reacciones de hidrogenación adicionales durante la formación de la estructura de la nanobanda.

El profesor Chi dijo:"Nuestro enfoque sintético y nuestra estrategia de estabilización desarrollados en este trabajo pueden allanar el camino para la construcción de nuevos tipos de nanoestructuras de carbono y nanotubos de carbono para diversas aplicaciones en electrónica y fotónica".