Diamantoide

Um diamantóide, no contexto da fabricação de componentes materiais para nanotecnologia, geralmente refere-se a estruturas que se assemelham ao diamante num sentido amplo: ou seja, fortes, densas, contendo estruturas rígidas de 3-D de redes de ligações covalentes, formadas principalmente por átomos de segunda e primeira linha com valência de três ou mais. Exemplos de estruturas diamantóides incluem o diamante cristalino, safiras e outras estruturas rígidas similares ao diamante, mas com substituições de átomos diferentes, que podem incluir N, O, Si, S, e assim por diante. Estruturas de carbomo hibridizadas com Sp ² - em contraste com o carbono hibridizado com o sp ³, no diamante - organizadas em chapas planas ("folhas de grafeno") às vezes também são incluídas na classe de materiais diamantóides para a nanotecnologia. Exemplos dessas são o grafite, os nanotubos de carbono formados por folhas de átomos de carbono enroladas em tubos, esferas de fulereno e outras estruturas de grafeno.

Estrutura química

No contexto da química clássica, "diamantóides" referem-se às variantes da molécula de cadeias de carbono conhecida como adamantano (C₁₀H₁₆), a menor unidade da cadeia estrutral no cristal de diamante. Diamantóides, também conhecidos como nanodiamantes, adamantanos condensados, podem incluir uma ou mais cadeias (adamantano, diamantano, triamantano e polimantanos), bem como numerosas variantes estruturais isomérica de adamantanos e polimantanos. Esses diamantóides ocorrem naturalmente em depósitos de petróleo e foram extraídos e purificados em grandes cristais de moléculas de polimantano com mais de uma dúzia de cadeias de adamantano por molécula.^[1] Estes espécimes são de interesse como aproximações da estrutura molecular do diamante cúbico, terminado em ligações C-H. O ciclohexamantano pode ser pensado como um diamante do tamanho de um nanômetro, com aproximadamente 2.8 * 10⁻²¹ carats.^[2]

Exemplos incluem:

Adamantano (C₁₀H₁₆)
Iceano (C₁₂H₁₈)
BC-8 (C₁₄H₂₀)
Diamantano (C₁₄H₂₀) também chamado diadamantano, duas cadeias com uma face unida
Triamantano (C₁₈H₂₄), também chamado triadamantano. O diamantano tem quatro faces idênticas que podem ancorar uma nova unidade C₄H₄.
Isotetramantano (C₂₂H₂₈). O triamantano tem oito faces nas quais uma nova unidade C₄H₄ pode ser adicionada, resultando em 4 isômeros. Um deles apresenta uma curvatura em hélice e, dessa forma, é proquiral. Os enantiômeros P e M já foram isolados.
Pentamantano, tem nove isômeros com a fórmula química C₂₆H₃₂. Também existe mais um pentamantano, com a fórmula C₂₅H₃₀
Ciclohexamantano (C₂₆H₃₀)
Super-adamantano (C₃₅H₃₆)
Acetato básico de berílio Be₄O(O₂CCH₃)₆

Um isômero do tetramantano é o maior diamantóide já preparado por síntese orgânica. O primeiro grande isolamento de uma ampla gama de diamantóides do petróleo ocorreu nas seguintes etapas^[1]: uma destilação a vácuo acima de 345 °C, o equivalente ao ponto de ebulição atmosférica, depois pirólise de 400 a 450 °C a fim de eliminar todos os compostos não diamantóides^[3] e, em seguida, uma série de técnicas de separação por CLAE

Em um estudo, um composto tetramantano é equipado com grupos tiol nas posições das pontes.^[4] Isso permite que se fixem em uma superfície de ouro, formando monocamadas.

Origem e ocorrência dos diamantóides

Os diamantóides são encontrados nos hidrocarbonetos (petróleo e gás natural). Os condensados, que são óleos (petróleo) extremamente leves, possuem cerca de uma colher de sopa de diamantóides por galão (cerca de 3,78 litros). Ainda não se conhece a termodinâmica das moléculas de diamantóides, porém seu aspecto cristalino similar ao diamante faz supor origem no interior do manto terrestre. Os diamantóides podem ser carregados junto com os hidrocarbonetos que ascendem do manto para a crosta terrestre nos processos de migração de petróleo e ou gás natural.

Notas

↑ ^a ^b Isolation and Structure of Higher Diamondoids, Nanometer-Sized Diamond Molecules J. E. Dahl, S. G. Liu, and R. M. K. Carlson Science 3 January 2003 299: 96-99; published online 29 November 2002 Abstract
↑ J. E. P. Dahl, J. M. Moldowan, T. M. Peakman, J. C. Clardy, E. Lobkovsky, M. M. Olmstead, P. W. May, T. J. Davis, J. W. Steeds, K. E. Peters, A. Pepper, A. Ekuan, R. M. K. Carlson (2003). «Isolation and Structural Proof of the Large Diamond Molecule, Cyclohexamantane (C₂₆H₃₀)». Angewandte Chemie International Edition. 42: 2040-2044. doi:10.1002/anie.200250794
↑ Diamondoids are thermodynamically very stable and will survive this pyrolysis
↑ Functionalized Nanodiamonds Part 3: Thiolation of Tertiary/Bridgehead Alcohols Boryslav A. Tkachenko, Natalie A. Fokina, Lesya V. Chernish, Jeremy E. P. Dahl, Shenggao Liu, Robert M. K. Carlson, Andrey A. Fokin, and Peter R. Schreiner Org. Lett.; 2006; 8(9) pp 1767 - 1770; (Letter) Graphical abstract

Ver também

Origem inorgânica do petróleo

Ligações externas

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[Dahl-1] Isolation and Structure of Higher Diamondoids, Nanometer-Sized Diamond Molecules J. E. Dahl, S. G. Liu, and R. M. K. Carlson Science 3 January 2003 299: 96-99; published online 29 November 2002 Abstract

[2] J. E. P. Dahl, J. M. Moldowan, T. M. Peakman, J. C. Clardy, E. Lobkovsky, M. M. Olmstead, P. W. May, T. J. Davis, J. W. Steeds, K. E. Peters, A. Pepper, A. Ekuan, R. M. K. Carlson (2003). «Isolation and Structural Proof of the Large Diamond Molecule, Cyclohexamantane (C₂₆H₃₀)». Angewandte Chemie International Edition. 42: 2040-2044. doi:10.1002/anie.200250794

[3] Diamondoids are thermodynamically very stable and will survive this pyrolysis

[4] Functionalized Nanodiamonds Part 3: Thiolation of Tertiary/Bridgehead Alcohols Boryslav A. Tkachenko, Natalie A. Fokina, Lesya V. Chernish, Jeremy E. P. Dahl, Shenggao Liu, Robert M. K. Carlson, Andrey A. Fokin, and Peter R. Schreiner Org. Lett.; 2006; 8(9) pp 1767 - 1770; (Letter) Graphical abstract

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