06/05/2023
Cyclocarbon – Những phân tử không muốn tồn tại.
- Cyclo[n]carbon hay Cyclocarbon, như tên gọi của nó, là một họ các chất hóa học được cấu tạo từ chỉ n nguyên tử nguyên tố Carbon liên kết với nhau bởi các liên kết cộng hóa trị, chúng có thể được coi là các dạng thù hình của Carbon.
- Các dạng Cyclo[n]carbon có thể là dạng Cumulene- một vòng với các liên kết đôi có độ dài bằng nhau liên tiếp hoặc Poliyne vòng- gồm các liên kết ngắn hơn và dài hơn xen kẽ ( xen kẽ các liên kết đơn và liên kết ba).
- Đại diện đầu tiên của họ hợp chất này là Cyclo[3]carbon (Cyclopropatriene), một chất vòng 3 cạnh với 3 nối đôi. Đây là một chất cực kì kém bền, với sức căng lên đến 180 kcal/mol (để so sánh, sức căng của cyclopropane chỉ khoảng 13.2 kcal/mol), do vậy nó rất kém bền và sẵn sàng tự hủy, nhưng đó là trong trường hợp chúng ta có thể tổng hợp chất này. Thực tế, C3 chưa thể được tổng hợp và vẫn đang mong đợi một ngày nào đó được con người tổng hợp thành công.
- Đại diện thứ hai và cũng cực kì kém bền là Cyclo[6]carbon, đây là một chất với 2 dạng tồn tại, dạng thứ nhất là benzotryine (Cracacene, lấy cảm hứng từ Krakatit, một loại chất nổ viễn tưởng) là vòng benzene nhưng thay vì ba nối đôi thì là ba nối ba, mang lại cho chúng một sức căng khủng khiếp. Một số nỗ lực tổng hợp chất này cho đến hiện nay đều đã thất bại, từ nhiệt phân anhydride đến sử dụng kim loại đều không mang lại sản phẩm mong muốn. Tuy nhiên, dạng còn lại – cyclohexahexaene lại được cho là tương đối bền về mặt động học, nhưng vẫn chưa có ai thử tổng hợp chất này.
- Ở trên là hai đại diện mang tính lý thuyết, tuy nhiên hiện nay người ta đã tổng hợp được một số hợp chất Cyclo[n]carbon khá bền vững, ví dụ như Cyclo[18]carbon bền về nhiệt động học, với sức căng khoảng 72 kcal/mol và sẽ phân hủy nổ ở 122K. được tạo thành bởi phản ứng decarboxyl điện hóa (hình ảnh đi kèm). Ngoài ra còn có thêm c-CC[10], c-CC[14], c-CC[18], và c-CC[22] có triển vọng tổng hợp được trong tương lai với một số ứng dụng về bán dẫn.
- Việc tổng hợp được các Cyclocarbon đã cho thấy sự tiến bộ mạnh mẽ của hóa học, không biết chừng vào một ngày không xa chúng ta có thể tổng hợp được cả C3 và C6 (tuy các hợp chất này chẳng có ứng dụng gì ngoài nổ)
Tham khảo:
1) George A. Adamson; Charles W. Rees (1996). "Towards the total synthesis of cyclo[n]carbons and the generation of cyclo[6]carbon". J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1 (13): 1535–1543
2) François Diederich; Yves Rubin; Carolyn B. Knobler; Robert L. Whetten; Kenneth E. Schriver; Kendall N. Houk; Yi Li (8 September 1989). "All-Carbon Molecules: Evidence for the Generation of Cyclo[18]carbon from a Stable Organic Precursor". Science. 245 (4922): 1088–1090
3) G2 ab Initio Calculations of the Enthalpies of Formation of C3 Hydrocarbons
Donald W. Rogers and Frank McLafferty
The Journal of Physical Chemistry 1995 99 (5), 1375-1376