Diamantoidi

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I diamantoidi, noti anche col nome di nanodiamanti o adamantani condensati, sono molecole di dimensione nanometrica, con una struttura tridimensionale simile al diamante. Il significato del termine è leggermente diverso in ambito chimico e nanotecnologico.

Chimica[modifica | modifica sorgente]

Nella chimica classica, con il termine diamantoidi ci si riferisce ad un gruppo di policicloalcani dove lo scheletro di carbonio forma una struttura a gabbia identica a quella del diamante. Il più semplice di questi composti è l'adamantano (C10H16), che possiede la più piccola struttura a gabbia analoga al reticolo cristallino del diamante. I diamantoidi possono contenere una o più gabbie di adamantano fuse tra loro (diamantano, triamantano e poliamantani superiori) o essere varianti di struttura o di isomeria di adamantani e poliamantani. Queste specie sono interessanti come molecole simili alla struttura cubica del diamante, ma a differenza del diamante terminano con legami C–H.

I diamantoidi sono presenti in natura nei giacimenti petroliferi, dai quali sono state estratte e purificate molecole con più di una dozzina di gabbie di adamantano, ottenendone grossi cristalli.[1] Il cicloesamantano può essere considerato un diamante di dimensioni nanometriche con una massa di circa 5,6 x 10−22 g.[2]

Esempi di strutture di diamantoidi: 1 adamantano, 2 diamantano, 3 triamantano, 4 un isomero del tetramantano

Gli omologhi dell'adamantano costituiscono una serie omologa di policicloalcani con formula generale empirica C4n+6H4n+12 = CmHm+6 ( n = numero di unità di formula di adamantano; m = numero di atomi di carbonio nella molecola).

Esempi di diamantani:

  • n = 1 → Adamantano (C10H16)
  • n = 1,5 → Iceano (C12H18)
  • n = 2 → BC-8 (C14H20)
  • n = 2 → Diamantano (C14H20) o diadamantano, due gabbie fuse attraverso una faccia
  • n = 3 → Triamantano (C18H24), o triadamantano. Il diamantano ha quattro facce identiche ove poter ancorare una ulteriore unità C4H4
  • n = 4 → Isotetramantano (C22H28). Il triamantano ha otto facce per poter connettere una nuova unità C4H4, e ne risultano quattro isomeri possibili. Uno di questi isomeri possiede una torsione elicoidale e quindi è prochirale. Gli enantiomeri P e M sono stati separati.
  • n = 5 → Pentamantano (C26H32). Con questa formula esistono 9 isomeri; esiste poi un ulteriore pentaamantano di formula C25H30
  • n = 6 → Super-adamantano (C30H36)

Oltre n = 5 la formula generale non è più valida, perché ci sono strutture con particolare disposizione degli atomi che abbisognano di meno atomi rispetto alla formula prevista. Un esempio è il cicloesamantano (C26H30), dove le sei unità di adamantano sono disposte in cerchio e sono sufficienti meno atomi.

Nanotecnologia[modifica | modifica sorgente]

Nel contesto della nanotecnologia, i diamantoidi sono strutture analoghe al diamante in senso lato: strutture dure, rigide, contenenti un reticolo tridimensionale compatto di legami covalenti, formati principalmente da atomi del secondo e terzo periodo, con valenza di tre o più. Esempi di diamantoidi includono diamante, zaffiro e altre strutture rigide simili al diamante, ma ottenute per sostituzione degli atomi di carbonio con atomi di azoto, ossigeno, silicio, zolfo e altri.

Note[modifica | modifica sorgente]

  1. ^ Dahl, Liu et. al., op. cit.
  2. ^ Dahl, Moldowan et. al., op. cit.

Bibliografia[modifica | modifica sorgente]

  • J. E. Dahl, S. G. Liu, R. M. K. Carlson, Isolation and Structure of Higher Diamondoids, Nanometer-Sized Diamond Molecules in Science, vol. 299, nº 5603, 2003, pp. 96-99, DOI:10.1126/science.1078239.
  • 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, Isolation and Structural Proof of the Large Diamond Molecule, Cyclohexamantane (C26H30) in Angewandte Chemie International Edition, vol. 42, nº 18, 2003, pp. 2040–2044, DOI:10.1002/anie.200250794.

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