A obtenção de nanocarbonos estruturalmente uniformes para relacionar adequadamente estrutura e função, idealmente como moléculas únicas, é um grande desafio no campo da ciência do nanocarbono. Assim, a construção de nanocarbonos estruturalmente uniformes é crucial para o desenvolvimento de materiais funcionais em nanotecnologia, eletrônica, óptica e aplicações biomédicas. Uma ferramenta importante para atingir esse objetivo é a ciência molecular do nanocarbono, que é uma abordagem de baixo para cima para a criação de nanocarbonos usando química orgânica sintética. No entanto, os nanocarbonos moleculares sintetizados até agora têm estruturas simples, como a de um anel, tigela ou cinto. A fim de realizar nanocarbonos inexplorados e teoricamente previstos, é necessário desenvolver novas metodologias para sintetizar nanocarbonos moleculares com estruturas mais complexas.
Agora, uma equipe liderada por Kenichiro Itami (Professor, Universidade de Nagoya) e Yasutomo Segawa (Professor Associado, Instituto de Ciência Molecular) e Yuh Hijikata, (Professor Associado Especialmente Nomeado, ICReDD) sintetizou um nanocarbono molecular em forma de cinto com um Topologia da banda de Möbius (ou seja, um nanobelt de carbono de Möbius) e publicaram seus resultados em Nature Synthesis .

"O nanobelt de carbono de Möbius foi uma molécula de sonho na comunidade científica depois que relatamos a primeira síntese química de um nanobelt de carbono - um nanotubo de carbono ultracurto - em 2017. Assim como os cintos que usamos todos os dias, imaginamos o que aconteceria com nossos 'cinturão molecular' quando apertado com uma torção. É outra molécula incrivelmente bonita", diz Kenichiro Itami, líder do grupo de pesquisa.

Um tal nanobelt de carbono de Möbius torcido deve manifestar propriedades e movimentos moleculares bastante diferentes em comparação com aqueles com uma topologia de cinto normal. No entanto, criar essa reviravolta é mais fácil dizer do que fazer. "Sabíamos da nossa síntese anterior de nanobelts de carbono que a energia de deformação é o maior obstáculo na síntese. Além disso, a torção adicional dentro da estrutura da cinta torna a energia de deformação da molécula alvo final ainda maior. A síntese real foi nosso projeto molecular e exame detalhado das condições de reação", diz Yasutomo Segawa, co-líder do projeto.

A rota sintética racional foi determinada usando a análise teórica da enorme tensão derivada tanto da forma de cinto quanto da estrutura molecular torcida do nanobelt de carbono de Möbius. O nanobelt de carbono de Möbius foi sintetizado em 14 etapas de reação química, incluindo uma reação de funcionalização recém-desenvolvida, sequência de reação Wittig seletiva Z e reação de homoacoplamento mediada por níquel indutora de tensão. A análise espectroscópica e a simulação de dinâmica molecular revelam que a porção de torção da banda de Möbius se move rapidamente em torno da molécula do nanobelt de carbono de Möbius em solução. A quiralidade topológica originária da estrutura de Möbius foi confirmada experimentalmente usando separação quiral e espectroscopia de dicroísmo circular.

Olhando para trás na história, novas formas de carbono e nanocarbonos abriram consistentemente as portas para novas ciências e tecnologias e levaram à descoberta de propriedades, funções e aplicações extraordinárias (e muitas vezes imprevisíveis). O presente trabalho é uma conquista pioneira que abre caminho para o desenvolvimento de materiais de nanocarbono com estruturas topológicas complexas e o nascimento de uma ciência de materiais inovadora usando a topologia de Möbius. + Explorar mais

Síntese de um nanobelt de carbono com potenciais aplicações em nanotecnologia