Búsqueda · 20 momentos en 9 episodios
Juan Carlos GilJosé EdelsteinIgnacio CrespoBorja TosarFrancis VillatoroHéctor SocasLuisa Achaerandioestructura electrónica exterior silicioenlaces pi carbono versus silicioorbitales p del carbono 2pelectronegativa silicio menor que carbonoenlaces sigma silicioestructura transdoblada silicioaromaticidad disminuida siliciocálculos vinicio estructura siliciojaula tridimensional enlaces sigma siliciopersílico benzeno imposibilidad estructuralanillos anomáticos silicio estabilidad enlaces sigmaenlaces pi silicio retorcimiento molecularanillos anomáticos con siliciomateriales catalizadores aromáticos carbonoinvestigación juan carlos gilJuan Carlos GilJuan CarlosScienceHéctor Socasregla de Huckelorbital atómico Shibridación SP2ValenciaiVooxC6H6orbitales PFrancis VillatoroHeuchelTIPVox Populiorbital PRMNsilicio 29
Átomos de silicio benzeno
Con
0:000:301:001:302:002:303:003:24
Juan Carlos Gil plantea la imposibilidad de crear un anillo aromático similar al benceno utilizando silicio, debido a las propiedades estructurales del silicio.
…ponerle el circulito. Bueno, así que el carbono forma enlaces pi con facilidad y es posible tener otros átomos como nitrógeno que he ejemplificado y también los hay con oxígeno y azufre que pueden participar en estos sistemas pi conjugados. ¿Y qué pasa con? El silicio? El silicio pertenece al mismo grupo que el carbono, con lo cual su estructura electrónica exterior de Valencia es idéntica, pero es menos electronegativo. Sus orbitales p de fuera son 3p, los del carbono eran 2p, están en el grupo de arriba y por tanto sus enlaces pi resultan ser más débiles. Cuando dos silicios se ven tienden a formar enlaces normales en enlaces sigma y no enlaces pi. Es posible formar enlaces doble entre dos silicios pero tienden a adoptar lo que llamamos una estructura transdoblada. Los silicios y los sustituyentes que tengan por fuera se inclinan en sentidos opuestos, se retuercen y claro este retorcerse en un anillo pues claramente favorece que se pliegue y dificulta todavía más el solape que decíamos de los orbitales p para formar enlaces pi y por tanto la aromaticidad se ve disminuida, se ve poco favorecida. ¿Se puede o no, Juan Carlos, después de este rollo? construir un arillo aromático como el benzeno con seis átomos de silicio? Pues se han hecho cálculos a vinicio completos y dicen que es tremendamente difícil, ¿vale? Que las formas de ese compuesto que se podrían formar, desde luego no son planes y aromáticas, sino una especie de jaula tridimensional en la que se forman siete enlaces sigma entre distintos silicios, ¿vale? O sea, el benzeno con silicio, el persílico benzeno creo que sería, pues simplemente no es posible; el universo se nos pone en contra. Vale, pero ¿es posible algún otro anillo anomático con átomos de silicio que consigamos que no se pliegue de alguna forma? Que no se retuerza y que no forme finalmente tantos enlaces sigma que son más estables y forzarle a ponerle algunos pi. Esto es tremendamente importante esta pregunta; parece una chorrada, pero esos potenciales aromáticos de silicio podrían abrir toda una nueva familia de nuevos materiales y catalizadores como ya hacen los aromáticos de carbono, ¿no? Y vete tú a saber qué cosas. Así que esta es una pregunta que tiene muchísima gracia y que lleva mucha gente haciendo desde hace tiempo. Bueno, la respuesta es sí, en 2005 Ichinohe, algún grupo de japoneses de la Universidad de Tsukuba sintetizaron un anillo aromático de silicio, pero solo tres, un triangulito con una carga estérica tremenda, aquello está deseando saltar por los aires Es un…
Significado #1 · Palabras #1
Héctor Socas introduce un cambio de tema tras hablar sobre el telescopio ST y anuncia que Juan Carlos comentará artículos recientes publicados en la revista Science.
Habla: Héctor SocasPalabras #3artículos recientes revista sciencecompuestos aromáticos con silicioátomos de silicio benzeno…uno de ellos precisamente es KM3Net, que es un detector de partículas, de neutrinos, utilizando el agua, en este caso el Mediterráneo, que bueno, tiene un poco que ver con uno de los grandes temas que vamos a discutir cuando hablemos de los premios Nobel. Bien, pues eso es lo que quería comentar sobre ST. Venga, vamos a pasar de tema. Juan Carlos, nos hablabas de unos artículos que acaban de salir, además, casualmente juntos. No sé si casualmente o quizás la revista, a lo mejor, ha dicho que salieran juntos, la revista Science, sobre temas muy similares, ¿no? Sobre compuestos aromáticos como los de... como el benzeno, como estos, pero hechos con silicio, ¿no? Con átomos de silicio. Sí, así es. Es exactamente el mismo artículo. Exagero, pero básicamente... Exactamente el mismo artículo es otro problema diferente ahí. Lo que pasa es que lo han descubierto dos equipos de forma independiente. A veces pasa y es cosa de la ciencia; y como ambos los mandaron a Salles, pues digo yo que los editores dirían: chicos, que esto se parece, que aparecen las mismas siglas y se quedaron;…
Juan Carlos Gil explica cómo se forma el esqueleto hexagonal del benceno, detallando la hibridación SP2 de los orbitales atómicos S y P para formar enlaces moleculares sigma entre los carbonos.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #5aromaticidad en moléculas benzenoestabilización adicional ciclo benzenohibridación sp2 anillo benzenoorbitales atómicos s y 2p carbonoesquelto hexagonal del bencenohibridación sp2 orbitales atómicosenlaces moleculares sigma carbonosdeslocalización electrónica en bencenoenlaces equivalentes entre carbono bencenoorbital p sin híbridar anillo benceno…suyo cuando se hacen estas cosas, pero que es una gran casualidad por otra parte. Decía que la aromaticidad es un concepto fundamental en química y también un poquito esquivo y quería hacer una introducción primero de química a qué supone esto. El resumen es Que una molécula con varios átomos dispuestos en anillo puede, siempre, presentar esta propiedad de la aromaticidad cuando ciertos, no todos, electrones se deslocalizan alrededor del ciclo y esto proporciona una estabilización adicional de la molécula respecto de moléculas semejantes sin esta propiedad y esa estabilización cambia la química, o sea, la cambia completamente. Ejemplo paradigmático, ya lo mencionaba Héctor, el benzeno, C6H6, en el que cada uno de los seis carbonos se enlaza con dos adyacentes formando un hexágono y el enlace que le queda va hacia atrás y se coloca un hidrógeno, en el caso del benzeno, el más sencillo. Cada uno de los seis carbonos combina un orbital atómico S de partida y 2P para hacer una hibridación SP2 en el plano del anillo, en triangulito. Entonces dos de esos enlaces nuevos forman enlaces moleculares sigma, enlaces normales con dos carbonos. Vecinos y el tercero que le queda hacia atrás; pues ahí se engancha el hidrógeno y de esta forma se forma el esqueleto hexagonal del benceno. Pero, y está la gracia, he descrito tres de los que se forman; queda un orbital P sin híbridar, que tiene dos lóbulos, uno para arriba y otro para abajo del anillo, y entonces la densidad electrónica de los electrones que se coloquen ahí solapan con la de los carbonos cercanos y se deslocaliza. Es lo que forman los anillos, como si fuesen dos flotadores, uno por encima y otro por debajo del plano. Por eso el benceno no es un hexágono con tres enlaces sencillos y tres dobles, que todavía lo veo alguna vez; no son tres enlaces sencillos y tres dobles fijos, en realidad sus seis enlaces entre carbono son absolutamente idénticos, son equivalentes y los electrones estos pi están deslocalizados. Esta es la gracia, alrededor de todo el anillo y por eso la forma correcta de representarlo es con un hexágono con un circulito dentro. Yo recuerdo que a mí me lo explicaron de la forma mal que dijiste al principio, o sea, esto yo lo he aprendido recientemente, pero a mí me lo explicaron en clase de química en COU que había enlaces sencillos y dobles y que iban saltando; el doble iba saltando…
Héctor Socas comenta sobre la explicación correcta del benceno y cómo esta requiere una comprensión más profunda de los conceptos cuánticos.
Habla: Héctor SocasSignificado #18orbital p perpendicular al bencenoelectrones deslocalizados en bencenoprobabilidad de electrones en benceno…clásica, dos estructuras resonantes que se llaman formas de Kekulé, pero esa, vamos, que ya no tiene sentido decir eso, ¿vale? Lo que pasa es que esto te ayuda a hacer diagramas de cómo salta un enlace doble y deja un electrón libre, bueno, ayuda, pero... Pero me parece muy bonito la explicación correcta, que tú la has pasado como muy rápidamente. Es que si no, tres días me tiro aquí. Ya, bueno, no, pero no es por eso; es por el tema de lo bonito que tiene de cuántico el hecho de que es eso. Tienes ese orbital P que es perpendicular al plano de los anillos y como eso es un poco la probabilidad de que esté el electrón, ¿no? Claro. Si solapa con el del otro átomo, que también sale hacia arriba, pero también se ensancha al solaparse, pues esos electrones no están en uno o en otro; o sea, están deslocalizados por allí y claro, todo eso alrededor genera toda una zona de probabilidad no nula de estar esos electrones. Con lo cual no es que haya un electrón en un átomo, están por todo el anillo; es súper bonito eso. Otros dirían que mecanocuánticamente la función de onda de un orbital se mezcla, falta de mejor palabra con otra, y se hacen no independientes; de alguna forma están correlacionados o se podría hablar de eso, de sistemas fuertemente enlazados. Sí, es así; me…
Juan Carlos Gil explica cómo el benceno, al tener seis electrones pi, llena completamente sus orbitales enlazantes y deja vacíos los antienlazantes, resultando en una configuración de capa cerrada.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #2benceno electrones pi orbitalesconfiguración capa cerrada bencenoorbitales enlazantes benceno…menor y otros que llamamos antienlazantes que lo desestabilizan Entonces, dependiendo del número de electrones, vas a llenar antes, siempre se llenan antes los enlazantes, pero si te sobran y se llena algún antienlazante, pues no tendría tanta ventaja, ¿no? Bueno, pues resulta que el benceno, que es el bonito, precioso, tiene exactamente seis electrones pi, de los seis, uno que venía de cada uno de los carbonos, que llenan exactamente los tres orbitales enlazantes y dejan vacíos exactamente todos los antienlazantes en lo que llamamos una configuración de capa cerrada. Entonces un sistema aromático fetén es el que tiene esta estructura de capa cerrada. Por tanto, las condiciones para un sistema, las condiciones canónicas, digamos, de la aromaticidad son: un sistema cíclico, aproximadamente plano, conjugado, que tenga esta…
Juan Carlos Gil plantea la imposibilidad de crear un anillo aromático similar al benceno utilizando silicio, debido a las propiedades estructurales del silicio.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #1 · Palabras #1estructura electrónica exterior silicioenlaces pi carbono versus silicioorbitales p del carbono 2pelectronegativa silicio menor que carbonoenlaces sigma silicioestructura transdoblada silicioaromaticidad disminuida siliciocálculos vinicio estructura siliciojaula tridimensional enlaces sigma siliciopersílico benzeno imposibilidad estructuralanillos anomáticos silicio estabilidad enlaces sigmaenlaces pi silicio retorcimiento molecularanillos anomáticos con siliciomateriales catalizadores aromáticos carbonoinvestigación juan carlos gil…ponerle el circulito. Bueno, así que el carbono forma enlaces pi con facilidad y es posible tener otros átomos como nitrógeno que he ejemplificado y también los hay con oxígeno y azufre que pueden participar en estos sistemas pi conjugados. ¿Y qué pasa con? El silicio? El silicio pertenece al mismo grupo que el carbono, con lo cual su estructura electrónica exterior de Valencia es idéntica, pero es menos electronegativo. Sus orbitales p de fuera son 3p, los del carbono eran 2p, están en el grupo de arriba y por tanto sus enlaces pi resultan ser más débiles. Cuando dos silicios se ven tienden a formar enlaces normales en enlaces sigma y no enlaces pi. Es posible formar enlaces doble entre dos silicios pero tienden a adoptar lo que llamamos una estructura transdoblada. Los silicios y los sustituyentes que tengan por fuera se inclinan en sentidos opuestos, se retuercen y claro este retorcerse en un anillo pues claramente favorece que se pliegue y dificulta todavía más el solape que decíamos de los orbitales p para formar enlaces pi y por tanto la aromaticidad se ve disminuida, se ve poco favorecida. ¿Se puede o no, Juan Carlos, después de este rollo? construir un arillo aromático como el benzeno con seis átomos de silicio? Pues se han hecho cálculos a vinicio completos y dicen que es tremendamente difícil, ¿vale? Que las formas de ese compuesto que se podrían formar, desde luego no son planes y aromáticas, sino una especie de jaula tridimensional en la que se forman siete enlaces sigma entre distintos silicios, ¿vale? O sea, el benzeno con silicio, el persílico benzeno creo que sería, pues simplemente no es posible; el universo se nos pone en contra. Vale, pero ¿es posible algún otro anillo anomático con átomos de silicio que consigamos que no se pliegue de alguna forma? Que no se retuerza y que no forme finalmente tantos enlaces sigma que son más estables y forzarle a ponerle algunos pi. Esto es tremendamente importante esta pregunta; parece una chorrada, pero esos potenciales aromáticos de silicio podrían abrir toda una nueva familia de nuevos materiales y catalizadores como ya hacen los aromáticos de carbono, ¿no? Y vete tú a saber qué cosas. Así que esta es una pregunta que tiene muchísima gracia y que lleva mucha gente haciendo desde hace tiempo. Bueno, la respuesta es sí, en 2005 Ichinohe, algún grupo de japoneses de la Universidad de Tsukuba sintetizaron un anillo aromático de silicio, pero solo tres, un triangulito con una carga estérica tremenda, aquello está deseando saltar por los aires Es un…
Juan Carlos Gil explica el objetivo de la investigación en anillos de silicio, centrándose en el pentasilaciclopentadienuro y su analogía con los metalocenos.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #7 · Palabras #12pentasilaciclopentadienuro análogo metalocenosferroceno ejemplo de metalocenoanillos pentagonales carga negativa ligandoanálogos con silicio ferrocenociclopentadienuros de silicio science…Un compuesto tremendamente reactivo, muy sensible al aire y a la humedad y bueno, pues el triángulo de silicios este pues no da para lanzar cohetes y claro, el interés está en anillos mayores Así que siguiente pregunta, ¿es posible ir un poquito más allá? Y el objetivo de todo el mundo era el anillo de 5, el pentasilaciclopentadienuro, el ciclopentadienuro de que os he contado antes pero con silicios, ¿vale? Un anillo de 5 silicios, carga negativa y 6 electrones pi que sería análogo al que os he dicho antes y que, por cierto, este análogo, este de carbono es tremendamente importante porque es el ligando de los metalocenos; hasta os ha podido sonar alguna vez, compuesto sandwich, que se ponen dos de estos anillos pentagonales, que son aniones, por tanto tienen carga negativa, y en medio, como un bocata, un átomo metálico, un cation metálico, ¿vale? Y el paradigmático es el ferroceno, eso seguro que lo habéis oído, con hierro, ¿no? O sea que eso da lugar a una química pues muy variada. Entonces, ¿este análogo con silicio es posible? Pues se lleva intentando, yo que sé, 50 años y todos los intentos han fracasado repetidamente hasta que el mismo día, como decía Francis, aparecen dos artículos, que voy a leer los títulos: Ciclopentadienuros de silicio con un anillo silicio-5 aromático de 6 electrones pi no plano y pentasilaciclopentadienuro, una especie aromática de Heuchel en la frontera entre resonancia y equilibrio. Como decíamos, se publicaron en el mismo número de Science, por acuerdo de los autores; el primer artículo lo firman Takeaki Iwamoto y sus colaboradores de la Universidad de Tohoku, en Japón, y el segundo lo firman Ankur, Bernd Mongansten y David, apellido impronunciable, lo siento, ni me atrevo, ¿vale? Este último es el Pope, es el director de tesis de Ankur de la…
Juan Carlos Gil explica cómo la elección del contrayón es determinante para obtener compuestos de tres átomos de silicio, contrastando con lo necesario en los compuestos de tres silicios donde se requería un anión grande.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #5química del silicio enlaces múltiplessustituyente voluminoso en química del silicioprotección química silicio juan carlos gilcontrayón determinante silicioanión grande interferencia catión aromáticocation litio estabiliza anillo silicio…que se podría obtener y ambos artículos: una de las muchas casualidades que tampoco lo son tanto pero que es gracioso cuando lee los dos artículos unos seguidos, ambos usan exactamente el mismo sustituyente que se llama TIP, que tiene un nombre largo ¿vale? Que luego he mirado yo, que no soy experto en esto obviamente, y es una estrategia habitual por otra parte de protección en la química del silicio con enlaces múltiples, o sea que no, que sea una super casualidad, pero usan el mismo tipo de sustituyente bien gordote. Y segunda pista que nos permitió atisbar el primer compuesto de tres átomos de silicio, que la elección del contrayón es determinante, ¿vale? En el compuesto de tres silicios, recordad que era un catión y por tanto el contrayón era un anión y tuvieron que usar uno muy grande para no interferir con este catión aromático. Bueno, pues en estos artículos donde lo que buscamos es un anión, el contrayón va a ser un cation y al final hacen varias pruebas, más uno de los artículos que el otro y descubren que en este caso el óptimo es el más chiquitito posible, el cation litio, que contribuye así, que contribuye a moldear este anillo y a estabilizarlo. Otra cosa curiosa: Angur dio con el compuesto casi por accidente; estaba intentando preparar otra molécula completamente distinta y se encontró con el anillo de cinco silicios. Obviamente son accidentes dirigidos, porque su grupo lleva mogollón de años, el…
Juan Carlos Gil explica cómo los equipos de investigación liderados por Iwamoto y Ankur Roy utilizaron resonancia magnética (RMN) para analizar los anillos de cinco silicios que han sintetizado.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #18silicio 29 resonancia magnéticaanillos de silicio equivalentes rmn…esta semana con una nueva revisita de la fotografía 49 de Rosalind Franklin, pues solo da la imagen del cristal y la actividad química de estos chismes es en disolución, es muchísimo más rica y más interesante. Así que ambos equipos también coincidieron en su siguiente técnica, que es utilizar resonancia magnética Aprovechando que en esta sopita que os estoy contando hay tres núcleos RMN activos Primero, silicio 29, que nos viene muy bien, porque se ve que hay una única señal, pues noticia fabulosa, los 5 silicios, al menos a la escala temporal de la RMN, los 5 silicios son equivalentes No podemos descartar que estén alternando Héctor entre dos formas, una por encima y otra por debajo del plano, pero ya te digo, de forma promediada, según RMN, pues todos los silicios son Iguales ambos trabajos también buscaron la señal del litio 7 y se ve que aparece muy apantallada, lo cual de nuevo es una buena noticia porque es un indicio de que hay una corriente electrónica que nos separa del anillo y que por tanto podría estar apuntando…
Juan Carlos Gil recuerda una creencia anterior sobre las propiedades del silicio y expresa su satisfacción por poder anunciar la síntesis exitosa de un anillo aromático compuesto de silicio.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #12 · Palabras #19silicio metálico vox populianillo aromático de siliciosíntesis anillo aromático gil…por silicio y además, pues eso, que tras tanto tiempo que se dé la circunstancia de que el desenlace es doble, pues es especialmente feliz, aunque como os he intentado contar muy rápido, la forma en la que han llegado a ellos han sido distintas las rutas son. Distintas algún disolvente es distinto cuando yo estudiaba química; estoy hablando pues hace un rato largo a finales del año pasado era Vox Populi que el silicio era demasiado metálico si quieres como para formar arillos aromáticos, ¿vale? Y me encanta poder estar contándoos hoy que hemos visto al fin un anillo aromático, un anillo de silicios decididamente aromático. Como dije en el cierre de mi charla de este Año de Naucas Bilbao, cada generación revisa las convicciones de la generación anterior y deja otras pendientes de revisión, ¿no? Y bueno, pues así es la ciencia y por eso me apasiona. Decía: el descubrimiento del ferroceno impulsó a lo bestia el desarrollo…
Héctor Socas pregunta a Juan Carlos Gil si el anillo de átomos de silicio descrito es único o si existen otras configuraciones posibles.
Habla: Héctor SocasSignificado #9 · Palabras #4anillo de átomos silicio configuraciónregla de huckel química orgánicaestabilización anillo silicio…Y hasta aquí lo que os quería contar. Muchas gracias por la concreción, Juan Carlos. Además, se notaba que lo tenía bien preparadito porque no había vacilación; esta le va bien al grano. Yo tengo una preguntita rápida, si me puedes responder rápidamente. ¿Es este un anillo único? Me explico. En el sentido de que se puede, quiero decir, esta es la única forma en la que se puede crear un anillo de átomos de silicio con estos cinco átomos en esta configuración, o a lo mejor con siete átomos se podría hacer también otro anillo diferente. Claro, se trata de jugar igual que ha jugado la naturaleza y la química orgánica con la regla de Huckel; lo que pasa es que hasta ahora creíamos que era imposible, creíamos que no éramos capaces de estabilizarlo. Sí, y sobre un único ciclo, pero hay antraceno, naftaleno, que es juntando varios de estos, y hay anillos de 6, de 8, de 10, y muchos de ellos son aromáticos; cada vez más difíciles y se te empiezan a doblar, porque esto, en fin, son cosas razonablemente…