디아몬도이드

Diamondoid

화학에서 디아몬도이드는 다이아몬드 결정 격자의 가장 작은 단위 케이지 구조인 코르티잔(CH1016)으로 알려진 탄소 케이지 분자의 변형이다. 나노다이아몬드 또는 응축된 요골제로도 알려진 다이애몬도이드에는 하나 이상의 케이지(다만탄, 디아만탄, 트라이아만탄 및 더 높은 폴리망탄)뿐만 아니라 요골판과 폴리망탄의 수많은 이소성 및 구조적 변형이 포함될 수 있다. 이 디아몬도이드들은 석유 퇴적물에서 자연적으로 발생하며, 추출되어 분자당 12개 이상의 완고한 우리들을 가진 폴리망탄 분자의 큰 순수 결정체로 정제되었다.[1] 이 종들은 C-H 결합으로 종료된 다이아몬드 큐빅 프레임워크의 분자 근사치로 관심의 대상이 된다. 사이클로헥사만탄은 약 5.6×10그램의−22 나노미터 크기의 다이아몬드로 생각될 수 있다.[2]

예

Diamondoids, from left to right adamantane, diamantane, triamantane and one isomer of tetramantane

예를 들면 다음과 같다.

  • 콘스탄탄(CH1016)
  • 아이스레인(CH1218)
  • BC-8 (C14H20)
  • 다이아만탄(CH1420)도 디아다만탄(Diadamantane), 얼굴 퓨즈 케이지 2개
  • 트라이아만탄(CH1824), 역시 트라이아다만탄(Triamantane)이다. Diamantane은 새로운 CH44 유닛을 고정하는 데 사용할 수 있는 네 개의 동일한 면을 가지고 있다.
  • 이소세트라만탄(CH2228) 트리아만탄은 8개의 면에 새로운 CH44 유닛을 추가하여 4개의 이소머를 발생시킬 수 있다. 이등분자 중 하나는 나선형 반전을 나타내며, 따라서 프로치랄이다. P와 M 에나토머는 분리되었다.
  • 펜타만탄에는 화학식 CH를2632 포함한 9개의 이소마가 있고, 화학식 CH를2530 포함한 1개의 펜타만탄이 더 존재한다.
  • 사이클로헥사만탄탄(CH2630)
  • 슈퍼아다만탄(CH3036)

테트라만탄 이소머 1개는 케토-카르비노이드 반응을 이용해 시클로펜탄 고리를 부착해 유기합성해 만든 역대 최대 규모의 다이애몬도이드다.[3] 디아만탄 디카르복실산으로부터 더 긴 다이아몬도이 형성되었다.[4] diamondoids의 석유에서 넓은 범위의 최초의 격리가 다음의 단계에서:모든non-diamondoid 화합물(diamondoids 열역학으로, 이 열 분해 살아남을 것이다 안정적이다)을 제거하기 위해 345°C, 동등한 대기의 끓는점을 향해 400에서 450°C에서 열 분해 위에 그리고 진공 증류[1] 열렸다.t일련의 고성능 액체 크로마토그래피 분리 기법을 개발한다.

한 연구에서 테트라만탄 화합물은 교두보 위치에 티올 그룹이 장착된다.[5] 이를 통해 금 표면에 정착할 수 있으며 자가 조립된 단층골드(다이아몬드온골드)를 형성할 수 있다. 또한 기능화된 직경(adamantanes)은 자가 조립된 분자 결정을 위한 분자 구성 블록으로 제안되었다.[6][7][8]

디아몬도이드의 유기화학은 펜타만탄까지 확장된다.[9] 이 분자(이소머 [1(2.3)4]펜타만탄산)의 내적 위치(베이스)는 아피적 위치(상단)보다 더 유리한 탄수화물을 산출하도록 계산되며, 브로민만을 사용한 펜타만 1의 단순 브롬화는 물 속 가수분해와 DMF가 알코올 3을 형성하는 내적 브로모 유도체 2를 제공한다.

Pentamane chemistry

이와는 대조적으로 1과 질산 사이의 질산염은 활성 전기영동 NOHNO−
2+
3 종의 높은 강직 수요로 인해 아피알코올 5에 가수분해되는 아피알코올 4를 중간으로 제공한다. 이 알코올은 브로마이드 6에 대한 티오닐 브롬화물과 해당 티올에 대한 일련의 단계(표시되지 않음)에서 반응할 수 있다. 펜타만탄은 또한 브롬화물에 대한 자유 급진적인 반응으로 테트라브로메탄과 테트라-n-부티람모늄 브로미드(TBABr)와 반응할 수 있지만 선택성은 없다.

직경 원인과 발생

디아몬도이드는 성숙한 고온의 석유액(휘발성 오일, 응축액, 습식 가스)에서 발견된다. 이 액체는 미국 갤런당 한 스푼의 직경질량을 가질 수 있다. 2005년 멜로와 몰도완의 리뷰에 따르면 다이아몬드의 탄소는 생물학적 기원은 아니지만 석유에서 발견되는 직경은 생물학적 원천에서 나온 탄소로 구성된다. 이는 존재하는 탄소 동위원소의 비율을 비교하여 결정되었다.[10]

광학 및 전자적 특성

모든 직경의 광학 흡수는 6 전자볼트 이상 광 대역 간격이 있는 자외선 스펙트럼 영역에 깊숙이 위치한다.[11] 각 직경의 스펙트럼은 각각의 크기, 형태, 대칭을 반영하는 것으로 확인된다. 크기 및 구조 직경이 잘 정의되어 있기 때문에 전자 구조 계산을 위한 모델 시스템으로도 기능한다.[12]

직경의 광전자 특성 중 많은 것은 가장 많이 점유된 분자 궤도와 가장 낮은 분자 궤도의 성질의 차이에 의해 결정된다. 전자는 벌크 상태인 반면 후자는 표면 상태인 것이다. 그 결과, 가장 낮은 미점용 분자 궤도상의 에너지는 직경의 크기와 거의 무관하다.[13][14]

디아몬도이드는 음의 전자 친화력을 보이는 것으로 밝혀져 전자 방출 장치에 잠재적으로 유용하게 쓰일 수 있다.[13][15]

나노기술

참고 항목

참조

  1. ^ a b Dahl, J. E.; Liu, S. G.; Carlson, R. M. K. (3 January 2003). "Isolation and Structure of Higher Diamondoids, Nanometer-Sized Diamond Molecules". Science. 299 (5603): 96–99. doi:10.1126/science.1078239. PMID 12459548. S2CID 46688135.
  2. ^ Dahl, J. E. P.; Moldowan, J. M.; Peakman, T. M.; Clardy, J. C.; Lobkovsky, E.; Olmstead, M. M.; May, P. W.; Davis, T. J.; Steeds, J. W.; Peters, K. E.; Pepper, A.; Ekuan, A.; Carlson, R. M. K. (2003). "Isolation and Structural Proof of the Large Diamond Molecule, Cyclohexamantane (C26H30)". Angewandte Chemie International Edition. 42 (18): 2040–2044. doi:10.1002/anie.200250794. PMID 12746817.
  3. ^ Burns, W.; McKervey, M. A.; Mitchell, T. R.; Rooney, J. J. (1978). "A New Approach to the Construction of Diamondoid Hydrocarbons. Synthesis of anti-Tetramantane". Journal of the American Chemical Society. 100 (3): 906–911. doi:10.1021/ja00471a041.
  4. ^ Zhang, J.; Zhu, Z.; Feng, Y.; Ishiwata, H.; Miyata, Y.; Kitaura, R.; Dahl, J. E.; Carlson, R. M.; Fokina, N. A.; Schreiner, P. R.; Tománek, D.; Shinohara, H. (Mar 25, 2013). "Evidence of diamond nanowires formed inside carbon nanotubes from diamantane dicarboxylic acid". Angewandte Chemie International Edition. 52 (13): 3717–3721. doi:10.1002/anie.201209192. PMID 23418054.
  5. ^ Tkachenko, Boryslav A.; Fokina, Natalie A.; Chernish, Lesya V.; Dahl, Jeremy E. P.; Liu, Shenggao; Carlson, Robert M. K.; Fokin, Andrey A.; Schreiner, Peter R. (2006). "Functionalized Nanodiamonds Part 3: Thiolation of Tertiary/Bridgehead Alcohols". Organic Letters. 8 (9): 1767–70. doi:10.1021/ol053136g. PMID 16623546.
  6. ^ Markle, R. C. (2000). "Molecular building blocks and development strategies for molecular nanotechnology". Nanotechnology. 11 (2): 89. Bibcode:2000Nanot..11...89M. doi:10.1088/0957-4484/11/2/309.
  7. ^ García, J. C.; Justo, J. F.; Machado, W. V. M.; Assali, L. V. C. (2009). "Functionalized adamantane: building blocks for nanostructure self-assembly". Physical Review B. 80 (12): 125421. arXiv:1204.2884. Bibcode:2009PhRvB..80l5421G. doi:10.1103/PhysRevB.80.125421. S2CID 118828310.
  8. ^ Garcia, J. C.; Assali, L. V. C.; Machado, W. V. M.; Justo, J. F. (2010). "Crystal engineering using functionalized adamantane". J. Phys.: Condens. Matter. 22 (31): 315303. arXiv:1204.2863. Bibcode:2010JPCM...22E5303G. doi:10.1088/0953-8984/22/31/315303. PMID 21399359. S2CID 9840908.
  9. ^ Fokin, Andrey A.; Schreiner, Peter R.; Fokina, Natalie A.; Tkachenko, Boryslav A.; Hausmann, Heike; Serafin, Michael; Dahl, Jeremy E. P.; Liu, Shenggao; Carlson, Robert M. K. (2006). "Reactivity of [1(2,3)4]Pentamantane (Td-Pentamantane): A Nanoscale Model of Diamond". The Journal of Organic Chemistry. 71 (22): 8532–8540. doi:10.1021/jo061561x. PMID 17064030.
  10. ^ Mello, M. R.; Moldowan, J. M. (2005). "Petroleum: To Be Or Not To Be Abiogenic". Search and Discovery.
  11. ^ Landt, L.; Klünder, K.; Dahl, J. E.; Carlson, R. M. K.; Möller, T.; Bostedt, C. (2009). "Optical Response of Diamond Nanocrystals as a Function of Particle Size, Shape, and Symmetry". Physical Review Letters. 103 (4): 047402. Bibcode:2009PhRvL.103d7402L. doi:10.1103/PhysRevLett.103.047402. PMID 19659398.
  12. ^ Vörös, M.; Gali, A. (2009). "Optical absorption of diamond nanocrystals from ab initio density-functional calculations". Physical Review B. 80 (16): 161411. Bibcode:2009PhRvB..80p1411V. doi:10.1103/PhysRevB.80.161411.
  13. ^ a b Drummond, N. D.; Williamson, A. J.; Needs, R. J.; Galli, G. (2005). "Electron emission from diamondoids: a diffusion quantum Monte Carlo study". Physical Review Letters. 95 (9): 096801–096804. arXiv:0801.0381. Bibcode:2005PhRvL..95i6801D. doi:10.1103/PhysRevLett.95.096801. PMID 16197235. S2CID 16703233.
  14. ^ Willey, T. M.; Bostedt, C.; van Buuren, T.; Dahl, J. E.; Liu, S. G.; Carlson, R. M. K.; Terminello, L. J.; Möller, T. (2005). "Molecular Limits to the Quantum Confinement Model in Diamond Clusters". Physical Review Letters (Submitted manuscript). 95 (11): 113401–113404. Bibcode:2005PhRvL..95k3401W. doi:10.1103/PhysRevLett.95.113401. PMID 16197003.
  15. ^ Yang, W. L.; Fabbri, J. D.; Willey, T. M.; Lee, J. R. I.; Dahl, J. E.; Carlson, R. M. K.; Schreiner, P. R.; Fokin, A. A.; Tkachenko, B. A.; Fokina, N. A.; Meevasana, W.; Mannella, N.; Tanaka, K.; Zhou, X.-J.; van Buuren, T.; Kelly, M. A.; Hussain, Z.; Melosh, N. A.; Shen, Z.-X. (2007). "Monochromatic Electron Photoemission from Diamondoid Monolayers" (PDF). Science. 316 (5830): 1460–1462. Bibcode:2007Sci...316.1460Y. doi:10.1126/science.1141811. PMID 17556579.
  16. ^ Drexler, Eric (1992). Nanosystems: Molecular Machinery, Manufacturing, and Computation. Wiley. ISBN 978-0471575184.
  17. ^ Sivaraman, Ganesh; Fyta, Maria (2014). "Chemically modified diamondoids as biosensors for DNA". Nanoscale. 6 (8): 4225–32. Bibcode:2014Nanos...6.4225S. doi:10.1039/C3NR06417D. PMID 24608602.
  18. ^ Sivaraman, Ganesh; Amorim, Rodrigo G.; Scheicher, Ralph H.; Fyta, Maria (2016). "Diamondoid-functionalized gold nanogaps as sensors for natural, mutated, and epigenetically modified DNA nucleotides". Nanoscale. 8 (19): 10105–10112. Bibcode:2016Nanos...810105S. doi:10.1039/C6NR00500D. PMID 27121677.

외부 링크