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Triangulene

composé chimique
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 Le triangulène (également connu sous le nom d'hydrocarbure de Clar) est le plus petit polybenzénoïde dont l'état fondamental est triplet. Il existe sous forme de biradical de formule chimique C22H12[2]. Son existence a été initialement proposée par le chimiste tchèque Erich Clar en 1953[3]. Sa première synthèse confirmée a été publiée dans le numéro de de Nature Nanotechnology, dans le cadre d'un projet mené par les chercheurs David Fox et Anish Mistry de l'Université de Warwick, en collaboration avec IBM[4]. D'autres tentatives menées par des chercheurs japonais n'ont abouti qu'à la synthèse de dérivés de triangulène substitués[5].

Triangulène
Image illustrative de l’article Triangulene
Identification
Nom UICPA 4H,8H-Dibenzo[cd,mn]pyrène
Propriétés chimiques
Formule C22H12  [Isomères]
Masse molaire[1] 276,330 7 ± 0,018 4 g/mol
C 95,62 %, H 4,38 %, 276.338
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.
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Une synthèse en six étapes a permis d'obtenir deux isomères du dihydrotriangulène, qui ont ensuite été déposés sur un support de xénon ou de cuivre. Les chercheurs ont utilisé un microscope à effet tunnel combiné à un microscope à force atomique (STM/AFM) pour éliminer les atomes d'hydrogène individuellement. La molécule de triangulène synthétisée est restée stable pendant quatre jours sous vide poussé et à basse température, ce qui a permis aux scientifiques de la caractériser (également par STM/AFM)[4].

[n]Triangulènes

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Le triangulène, tel que défini ici, appartient à la classe plus large des [n]triangulènes, où n représente le nombre d'hexagones le long d'une arête de la molécule. On peut donc également désigner le triangulène par le terme [3]triangulène.

Théorie

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Une description des orbitales moléculaires des [n]triangulènes par le modèle TB prédit [6] que les [n]triangulènes ont ( n − 1) électrons non-appariés, associés à ( n − 1) états non-liants. Lorsque les interactions électron-électron sont prises en compte, la théorie prédit [6],[7],[8] que le nombre quantique de spin total S de l'état fondamental des [n]triangulènes est S = n − 1/2 Ainsi, on prévoit que les [3]triangulènes auront un spin total S = 1 à l'état fondamental. L'interaction d'échange intramoléculaire dans le triangulène, qui détermine la différence d'énergie entre l'état fondamental S = 1 et le premier état excité S = 0 est prédit comme étant le plus grand [9] parmi tous les diradicaux d'hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), en raison du recouvrement maximal des fonctions d'onde des électrons non-appariés.

Le spin de l'état fondamental des [n]triangulènes peut par ailleurs être rationalisé [6] à l'aide d'un théorème [10] énoncé par Elliot H. Lieb, qui relie, pour un réseau bipartite, le spin de l'état fondamental du modèle de Hubbard à demi-remplissage au déséquilibre du sous-réseau.

Expériences

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En 2021, les synthèses de [n]triangulènes avec n = 3, [4] 4, [11] 5 [12] et 7 [13] ont été décrites. La synthèse de dimères de [3]triangulène a également été rapportée[14].

Hétéro-triangulènes

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Le squelette du triangulène sert aussi de référence pour la nomenclature de différents analogues au sein desquelles un ou plusieurs atomes de carbone ont été remplacés par des hétéro-éléments. On parle alors d'hétéro-triangulènes. Le phosphangulène est un exemple de tel composé apparenté.

Références

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(en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « Triangulene » (voir la liste des auteurs).
  1. ↑ Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
  2. ↑ « triangulene | C22H12 | ChemSpider », www.chemspider.com (consulté le )
  3. ↑ Ball, « Elusive triangulene created by moving atoms one at a time », Nature, vol. 542, no 7641,‎ , p. 284–285 (PMID 28202993, DOI 10.1038/nature.2017.21462, Bibcode 2017Natur.542..284B, S2CID 4398214)
  4. 1 2 3 Pavliček, Mistry, Majzik et Moll, « Synthesis and characterization of triangulene », Nature Nanotechnology, vol. 12, no 4,‎ , p. 308–311 (PMID 28192389, DOI 10.1038/nnano.2016.305, Bibcode 2017NatNa..12..308P, lire en ligne)
  5. ↑ Morita, Suzuki, Sato et Takui, « Synthetic organic spin chemistry for structurally well-defined open-shell graphene fragments », Nature Chemistry, vol. 3, no 3,‎ , p. 197–204 (PMID 21336324, DOI 10.1038/nchem.985, Bibcode 2011NatCh...3..197M)
  6. 1 2 3 Fernández-Rossier et Palacios, « Magnetism in Graphene Nanoislands », Physical Review Letters, vol. 99, no 17,‎ (PMID 17995364, DOI 10.1103/PhysRevLett.99.177204, Bibcode 2007PhRvL..99q7204F, arXiv 0707.2964, hdl 10045/25254, S2CID 9697828)
  7. ↑ Wang, Meng et Kaxiras, « Graphene NanoFlakes with Large Spin », Nano Letters, vol. 8, no 1,‎ , p. 241–245 (PMID 18052302, DOI 10.1021/nl072548a, Bibcode 2008NanoL...8..241W)
  8. ↑ Güçlü, Potasz, Voznyy et Korkusinski, « Magnetism and Correlations in Fractionally Filled Degenerate Shells of Graphene Quantum Dots », Physical Review Letters, vol. 103, no 24,‎ (PMID 20366221, DOI 10.1103/PhysRevLett.103.246805, Bibcode 2009PhRvL.103x6805G, arXiv 0907.5431, S2CID 18754119)
  9. ↑ Ortiz, Boto, García-Martínez et Sancho-García, « Exchange Rules for Diradical π-Conjugated Hydrocarbons », Nano Letters, vol. 19, no 9,‎ , p. 5991–5997 (PMID 31365266, DOI 10.1021/acs.nanolett.9b01773, Bibcode 2019NanoL..19.5991O, arXiv 1906.08544, S2CID 195218794)
  10. ↑ Lieb, « Two theorems on the Hubbard model », Physical Review Letters, vol. 62, no 10,‎ , p. 1201–1204 (PMID 10039602, DOI 10.1103/PhysRevLett.62.1201, Bibcode 1989PhRvL..62.1201L)
  11. ↑ Mishra, Beyer, Eimre et Liu, « Synthesis and Characterization of π-Extended Triangulene », Journal of the American Chemical Society, vol. 141, no 27,‎ , p. 10621–10625 (PMID 31241927, DOI 10.1021/jacs.9b05319, S2CID 195696890, lire en ligne)
  12. ↑ Su, Telychko, Hu et Macam, « Atomically precise bottom-up synthesis of π-extended [5]triangulene », Science Advances, vol. 5, no 7,‎ (PMID 31360763, PMCID 6660211, DOI 10.1126/sciadv.aav7717, Bibcode 2019SciA....5.7717S)
  13. ↑ Mishra, Xu, Eimre et Komber, « Synthesis and characterization of [7]triangulene », Nanoscale, vol. 13, no 3,‎ , p. 1624–1628 (PMID 33443270, DOI 10.1039/d0nr08181g, S2CID 231605335)
  14. ↑ Mishra, Beyer, Eimre et Ortiz, « Collective All-Carbon Magnetism in Triangulene Dimers », Angewandte Chemie International Edition, vol. 59, no 29,‎ , p. 12041–12047 (PMID 32301570, PMCID 7383983, DOI 10.1002/anie.202002687, arXiv 2003.00753)
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