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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 gilanillos aromáticos de silicio ichinohetsukuba síntesis anillo aromático silicioregla de heuchel cation silicioreactividad anillos silicio aire humedadpentasilaciclopentadienuro análogo metalocenosferroceno ejemplo de metalocenoanillos pentagonales carga negativa ligandoanálogos con silicio ferrocenociclopentadienuros de silicio scienceFrancis VillatoroScienceHeuchelJuan Carlos GilJuan CarlosHéctor SocasTIPHuckelValenciaiVooxRMNsilicio 29Vox PopuliIchinoheUniversidad de Tsukubaregla de HückelIwamotoAnkur Roy
Ciclopentadienuros de silicio Science
Con
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Juan Carlos Gil continúa discutiendo sobre la posibilidad de crear análogos con silicio a compuestos aromáticos como el ferroceno, mencionando que tras 50 años de intentos fallidos, dos artículos han logrado avances significativos.
…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 cation, en este caso tiene carga positiva y dos únicos electrones pi, muy poquito, que satisface la regla de Heuchel con n igual a cero, ¿vale? 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…
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 continúa explicando ejemplos de sistemas que no son aromáticos, introduciendo el ciclopentadienuro para ilustrar conceptos químicos.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #8 · Palabras #4ciclopentadienuro ejemplo antiaromaticidadcarbono hibridación sp3 ciclopentadienoenlaces dobles sencillos ciclopentadienurociclopentadienuro pierde protónanión ciclopentadienuro complejo huckelaromaticidad con regla 4n más 2orbital p aporta electrones…caso peor por cierto, y es lo que se llama un sistema antiaromático. Así que este cuadrado con dos enlaces dobles y dos sencillos no es aromático para nada de hecho se distorsiona y su forma de verdad es un rectángulo; hay dos enlaces un poquito más cortos. los dobles y de otros dos un poquito más largos nada de aromaticidad es anti aromático y otro ejemplo útil que quería comentar rápidamente porque nos viene bien para lo que luego sigle es el ciclopentadienuro el ciclo pentadieno es otra vez un ciclo de carbonos, en este caso 5, pero 5 es impar y por tanto no podemos tener el mismo número de dobles que de sencillos así que hay dos enlaces dobles y tres sencillos, con lo cual en uno de los vértices del pentágono llegan dos enlaces sencillos ese carbono no tiene hibridación sp3, es un CH, perdón, sp2, tiene hibridación sp3 porque es un CH2 e interrumpe la conjugación completa Pero, o sea, ahí no hay aromaticidad, pero el sistema puede perder un protón, un protón del CH2, con lo cual ese carbono aporta al anillo el par de electrones que le enlazaban al hidrógeno que ya no está y que quedan en ese orbital P y ahora sí, teníamos 5 carbonos, teníamos 4 electrones antes de los otros 4 carbonos y este aporta 2 nuevos y por tanto hay un total de 6, con lo cual el anión resultante ciclopentadienuro sí es aromático, el cabrito de ahí, sí tiene complejo Huckel, de nuevo 4n más 2 con n igual a 1, igualito que el benceno y la representación correcta es un pentágono con un circulito dentro para representar la aromaticidad y un menos dentro del circulito porque es un anion, ¿vale? Y otra cosa que le puede pasar a los ciclos aromáticos y que no tienen por qué romper la aromaticidad es cambiar un carbono por otro elemento, la piridina. La piridina es un ciclo de 6 como un benceno pero uno de los carbonos pasa a ser un nitrógeno; este…
Juan Carlos Gil continúa discutiendo sobre la posibilidad de crear análogos con silicio a compuestos aromáticos como el ferroceno, mencionando que tras 50 años de intentos fallidos, dos artículos han logrado avances significativos.
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 gilanillos aromáticos de silicio ichinohetsukuba síntesis anillo aromático silicioregla de heuchel cation silicioreactividad anillos silicio aire humedadpentasilaciclopentadienuro análogo metalocenosferroceno ejemplo de metalocenoanillos pentagonales carga negativa ligandoanálogos con silicio ferrocenociclopentadienuros de silicio science…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 cation, en este caso tiene carga positiva y dos únicos electrones pi, muy poquito, que satisface la regla de Heuchel con n igual a cero, ¿vale? 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 comenta sobre una estrategia común de protección utilizada en la química del silicio con enlaces múltiples, observando que dos artículos recientes utilizan el mismo sustituyente voluminoso.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #4anillo de cinco silicios equipos investigacióngrupos voluminosos silicio núcleo aromáticoestructura tipo jaula reorganización anillossustituyente tip artículos investigaciónquímica del silicio enlaces múltiplessustituyente voluminoso en química del silicioprotección química silicio juan carlos gilcontrayón determinante silicioanión grande interferencia catión aromáticocation litio estabiliza anillo silicio…verdad, los indios tienen mucha costumbre de acortar, a veces tienen nombres o apellidos muy largos, Sankara, Subramanian, y se ponen Sankar, por ejemplo, ¿no? Este lo he dejado en Ankur y es gracioso ver el artículo Ankur Comar, Ankur Abrahmaniyama Suraman. Bueno, pues por lo visto, los dos equipos perseguían desde hace mucho tiempo este anillo de cinco silicios y tenían algunas pistas del anillito este de tres que os contaba antes. De 2005. Primero, parece claro que hacen falta grupos voluminosos unidos a los silicios, no meros hidrógenos; grupos gordos que protejan al núcleo reactivo aromático y que dificulte estéricamente simplemente porque se molestan entre ellos. Esta reorganización a la estructura tipo jaula 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 describe cómo un equipo japonés liderado por Iwamoto logró sintetizar un anillo de cinco silicios tras muchos años de intentos.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #18 · Palabras #17anillo de cinco silicios iwamotoruta por etapas silicio equipo japonésquímica de silicio precursores…porque su grupo lleva mogollón de años, el del apellido impronunciable, buscando este compuesto pero que vamos, que no estaba; está haciendo la tesis Ankur y no, ahora la cambiará porque ha dado con una posible panacea, pero estaba haciendo otra cosa. Por su parte sí, el equipo japonés de Iwamoto había diseñado una ruta por etapas para construir el anillo a partir de precursores de silicio y demás como se hace en química de toda la vida, y resulta que le salió bien después de muchísimos años intentándolo mucha gente. Esta Gente dio con él. Y como os decía, ambos al final aislaron este compuesto en forma de sal de litio. ¿Qué haces cuando tienes una sal? Pues consigues, si puedes, formar un cristal y le haces rayos X para ver cómo es por dentro. Y el cristal de litio cristalizó…
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 #7silicio 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 #7 · Palabras #9anillos de cinco silicio gilbúsqueda décadas anillo silicioarillo aromático no trivial siliciosilicio metálico vox populianillo aromático de siliciosíntesis anillo aromático gil…la forma precisa y por tanto su estabilidad va a depender del entorno y en particular de la coordinación con otros posibles chismes del cation, en este caso del litio Concluyendo, ¿por qué me ha parecido importante lo que cuentan estos dos artículos? Bueno, pues primero porque culminan una búsqueda realmente de décadas, ¿vale? Para obtener un anillo aromático, digamos, no trivial, un poco más allá de los tres, del triángulo, ¿no? Formado enteramente 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 #12anillo 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…