Os químicos da NUS desenvolveram uma estratégia para a síntese atomicamente precisa de nanoceltos de carbono com bordas em zigue-zague totalmente conjugados (CNBs). A molécula obtida, conhecido como octabenzo [12] ciclaceno, é reconhecido como um dos primeiros segmentos sintéticos totalmente caracterizados de arestas em ziguezague (12, 0) nanotubo de carbono. Essas estruturas moleculares têm sido alvos indescritíveis para químicos sintéticos nos últimos 35 anos.

Nanotubos de carbono de parede única (SWCNTs) são uma classe especial de materiais de carbono que compreendem folhas de grafeno em uma estrutura de tubo oco com paredes de espessura de um átomo. Eles são considerados um dos materiais mais promissores para o desenvolvimento de dispositivos nanoeletrônicos de última geração. Contudo, métodos de produção atuais, como descarga de arco e vaporização a laser, são incapazes de alcançar uma síntese atomicamente precisa de SWCNTs que afeta suas propriedades elétricas e ópticas. Como um método alternativo, a pesquisa se concentrou em CNBs, que são moléculas em forma de cinto que consistem apenas em anéis de benzeno fundidos de maneira circular. Essas moléculas de CNB podem servir potencialmente como uma semente para o crescimento de nanotubos de carbono estruturalmente bem definidos. Nos últimos anos, tem havido um renascimento do interesse na síntese orgânica ascendente de CNBs. CNBs com configurações diferentes, como bordas quirais e encadeadas por braço, foram sintetizados e totalmente caracterizados, respectivamente. Contudo, a síntese de uma configuração única envolvendo os fragmentos de orlas em ziguezague (n, 0) Os CNTs permanecem indefinidos (consulte a Figura (a)).

Uma equipe de pesquisa liderada pelo Prof Chi Chunyan do Departamento de Química, Universidade Nacional de Singapura, desenvolveu uma estratégia que combina a estabilização termodinâmica e a proteção cinética para alcançar a síntese atomicamente precisa de uma borda em zigue-zague (12, 0) segmento SWCNT. A síntese foi realizada usando a adição de Diels-Alder duas vezes para construir primeiro um precursor livre de tensão, seguido por desoxigenação redutiva para obter um conjugado totalmente, CNB tenso. Um conceito conhecido como benzo-anulação foi aplicado para aumentar a energia de estabilização de ressonância de forma que a estabilidade termodinâmica do composto final possa ser alcançada. Enquanto isso, a fixação de substituintes nas bordas em zigue-zague impediria cineticamente as reações de cicloadição que podem destruir originalmente a estrutura do esqueleto conjugado.

A equipe de pesquisa usou várias ferramentas de caracterização avançadas para investigar a estrutura da molécula de octabenzo [12] ciclaceno que eles obtiveram. Usando difração de raios-X de cristal único, eles descobriram que a molécula adota uma geometria semelhante a um cilindro altamente simétrica (Figuras (c) e (d)), semelhante ao de um nanotubo de carbono. Uma visualização da estrutura de cristal, software de exploração e análise (Mercúrio) foi usado para medir o diâmetro interno deste nanocinto, que é de cerca de 9,2 Ångstrom. Os pesquisadores também realizaram análises de deformação computacional na estrutura molecular e seus resultados sugerem que os grupos fenil nas bordas do zigue-zague desempenham um papel importante no fornecimento de estabilidade, evitando reações de hidrogenação adicionais durante a formação da estrutura do nano-cinto.

O professor Chi disse, "Nossa abordagem sintética e estratégia de estabilização desenvolvida neste trabalho podem abrir caminho para a construção de novos tipos de nanoestruturas de carbono e nanotubos de carbono para várias aplicações em eletrônica e fotônica."