Diamantoidi

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

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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 C_4n+6H_4n+12 = C_mH_m+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 un'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

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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

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^ Dahl, Liu et. al.
^ Dahl, Moldowan et. al.

Bibliografia

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J. E. Dahl, S. G. Liu, R. M. K. Carlson, Isolation and Structure of Higher Diamondoids, Nanometer-Sized Diamond Molecules, in Science, vol. 299, n. 5603, 2003, pp. 96-99, DOI:10.1126/science.1078239. URL consultato il 15-9-2011.
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, n. 18, 2003, pp. 2040–2044, DOI:10.1002/anie.200250794. URL consultato il 15-9-2011.