Karbonun Anti-Aromatik Allotropu Farklılık Oluşturuyor

İngiltere ve İsviçre’deki kimyacılar siklokarbon molekülü C₁₆‘yı sentezlediler ve anti-aromatik karakterinin ilk kanıtını elde ettiler. Halkalar elementin yeni bir formudur ve daha yeni siklokarbonlar yoldadır.

2019’da Oxford Üniversitesi ve IBM Research Europe – Zürih’teki araştırmacılar, karbonun yeni bir allotropu olan C₁₈‘in (alternatif tekli ve üçlü bağlarla bağlanan 18 karbon atomundan oluşan dairesel bir polien) yüzeyde sentezini bildirdi. Molekül aynı zamanda biri halka düzleminde, diğeri düzlemin dışında olmak üzere birbirine dik iki π sistemi sayesinde iki kat aromatiktir.

Oxford’dan Harry Anderson ve Zürih’ten Leo Gross’tan oluşan gruplar, daha zorlu bir aday ekleyerek karbon halkası konseptini bir adım daha ileri götürdü: 16 karbon atomlu bir halka. 4n+2 atomlu aromatiklik için Hückel kuralını izleyen C₁₈‘den farklı olarak, C₁₆ molekülünün iki kat anti-aromatik olduğu ve dolayısıyla halka etkileriyle istikrarsızlaştığı tahmin edilmektedir. Başarılı sentezden önce, böyle bir molekülü yapmanın ve yapısını ve elektronik özelliklerini incelemeye yetecek kadar uzun süre stabil tutmanın mümkün olup olmadığı bilinmiyordu.

Fotoğraf – 1: Prekürsör bileşik 4, bir NaCl yüzeyi üzerinde biriktirilir ve daha sonra karbon monoksit ve halojen maskeleme grupları elimine edilerek siklokarbon C₁₆ elde edilir.

Anderson, C₁₆‘yı üretmenin zorluğunu, aynı zamanda anti-aromatik olan potansiyel öncüllerin istikrarsızlığı olarak açıklamıştır. Makrosiklik prekürsörler, molekülü stabilize eden birkaç ‘maskeleme’ grubu içerir. Bu gruplar daha sonra maskeleme ikame edicisinin ortadan kaldırılmasıyla alkin bağlantılarına dönüştürülebilir. Yalnızca C₁₈ için kullanılan prekürsör maddeye benzer karbon monoksit maskeleme gruplarını kullanmaya yönelik ilk girişimin, Oxford-Zürih işbirliğinin sonucu istikrarsız olduğu ortaya çıktı. Başarılı protokol, daha sonra bir sodyum klorür substratı üzerinde biriktirilen, dört karbon monoksit ve iki brom ikame edicisine sahip bir halkalı makromolekül içerir. Zürih grubu, bir tünel mikroskobuyla, birkaç pikoamperlik akımı belirli reaksiyon bölgelerine hedefleyerek, voltajı yükselterek bromları yaklaşık 1,3 V’ta ve ardından karbon monoksit gruplarını yaklaşık 3 V’ta fırlattı.

Atomik kuvvet mikroskobu, halkanın alternatif tekli ve üçlü bağlardan oluşan polien yapısını doğruladı. Araştırmacılar ayrıca Kelvin sonda kuvvet mikroskobu ve taramalı tünelleme mikroskobu kullanarak hem nötr C₁₆ molekülü hem de negatif yüklü iyonu için moleküler yörüngelerdeki elektronların dağılımını analiz edebildiler. Bu analizler ve hesaplamalar, molekülün elektronik temel durumunun gerçekten de iki kat anti-aromatik olduğunu doğruluyor.

Fotoğraf – 2: Prekürsör ve ara maddelerin atomik kuvvet mikroskobu görüntüleri, siklokarbon sentezinin ilerleyişini takip ediyor ve siklokarbonun polien yapısını doğruluyor.

Bu nedenle molekül, bu teorilerin deneysel olarak araştırılması için yeni fırsatlar açmaktadır. Kanada’daki Alberta Üniversitesi’nden Rik Tykwinski, “Organik kimyagerler aromatiklik kavramını tartışmayı seviyorlar ve çift anti-aromatik C₁₆‘nın olağanüstü sentezi bu tartışmaları yeni boyutlara taşıyacak” dedi.

Siklokarbon ailesi yakında daha da büyüyebilir. Wei Xu’nun Çin’deki Tongji Üniversitesi’ndeki grubunun şu anda C₆, C₁₀, C₁₂, C₁₄ ve C₂₀ siklokarbonlarının sentezlerini açıklayan üç makalesi incelenmektedir. Bunlar, artık bu halkaların çalışmalar için yeterince stabil olduğuna inanılan tüm boyut aralığını kapsamaktadır.

Deney yapılacak bir sürü yeni molekül varken, bunların birbirleriyle reaksiyona girmesini sağlamak bir sonraki adım olabilir. Anderson, “Bu alandaki bir sonraki atılım, siklokarbon moleküllerinin birbirleriyle reaksiyonunu kontrol ederek genişletilmiş karbon allotropları oluşturmanın yollarının keşfi olabilir” dedi.

Kaynak: chemistryworld.com