Se confirma la existencia del ion fantasma

Científicos de la Universidad de Kanazawa han logrado sintetizar tetrafenilamonio por primera vez, demostrando su existencia estable.

 

El tetrafenilamonio, con 4 hidrógenos de amonio (NH4+) reemplazados por anillos de benceno, no se ha descubierto en la naturaleza ni se ha sintetizado químicamente, lo que ha hecho que en la comunidad científica se cuestione su existencia.

Los científicos japoneses además de demostrar su existencia, afirman que la estrategia de síntesis utilizada, el acoplamiento radical, puede ser aplicable a la síntesis de varios amonios relacionados con una gran novedad estructural.

Dado que el anillo de benceno es un componente representativo de los compuestos orgánicos, una estructura que consta solo de un elemento común más el anillo de benceno se considera uno de los esqueletos químicos más fundamentales.

Debido a su importancia, la síntesis química de tales moléculas se ha estudiado desde los primeros días de la química orgánica. Por ejemplo, la estructura en la que cuatro anillos de benceno se unen a un elemento representativo (boro, carbono, aluminio, silicio o fósforo) de los grupos 13 a 15 de la tabla periódica se sintetizó hace más de 70 años, y el informe sintético más antiguo data de 137 años.

Estos esqueletos se conocen colectivamente como "tetrafenilo", lo que significa que la estructura contiene 4 anillos de benceno. Cuando el elemento central es el nitrógeno, el amonio, NH4+, se considera el ion original. Tal compuesto se llama tetrafenilamonio. Este compuesto, de hecho un ion, tiene una estructura química muy simple que incluso un principiante en química orgánica puede imaginar fácilmente.

Sin embargo, ha resultado muy difícil crear artificialmente esta estructura y no se han publicado informes sintéticos con una clara identificación de la estructura.

Además, dado que no se ha descubierto en la naturaleza, hasta ahora no estaba claro si el tetrafenilamonio puede existir. Han aparecido publicaciones que dan por supuesta su existencia y mencionan únicamente su uso sin describir su síntesis o método de adquisición. Las bases de datos compuestas contienen solo la estructura química. Por lo tanto, a veces se hace referencia a este ion como si ya se conociera.

Sin embargo, en realidad, nadie lo ha observado, lo que convierte al tetrafenilamonio en un "ion fantasma".

Como resultado, aunque el rendimiento fue tan bajo como 0,1 %, el equipo de investigación logró realizar la conversión química deseada. En tales acoplamientos de radicales, los radicales altamente reactivos forman enlaces entre sí, lo que tiene la ventaja de permitir la formación de enlaces que no podrían lograrse por otros métodos.

Por otro lado, tiene la desventaja de que es difícil controlar la selectividad porque la reactividad es demasiado alta, lo que da lugar a varias reacciones secundarias.

Por tanto, en esta síntesis, con el fin de suprimir en la medida de lo posible la reacción secundaria de formación de enlaces en el carbono del radical catión 1, el equipo de investigación ideó también la introducción de grupos protectores que provocan impedimento estérico.

Finalmente, se llevaron a cabo un total de cinco pasos de conversión química de un derivado de trifenilamina conocido, el material de partida para la síntesis, mediante la introducción de los grupos protectores, el acoplamiento de radicales y la posterior eliminación de los grupos protectores, dando lugar al tetrafenilamonio.

Sobre la base de los datos obtenidos de varios análisis instrumentales, se confirmó la estructura del tetrafenilamonio. La cristalografía de rayos X reveló que la longitud del enlace entre el átomo de nitrógeno y el átomo de carbono del grupo fenilo contenido en este ion es de solo 1 529 angstrom.

Dado que la longitud de este enlace es más corta que la de una estructura de tetrafenilo que contiene otro elemento (boro, carbono, aluminio, silicio o fósforo), es evidente que el átomo de nitrógeno del tetrafenilamonio se encuentra en un entorno con más obstáculos espaciales que otros elementos. Este obstáculo tridimensional se considera uno de los factores que dificultan la construcción de este esqueleto. Además, nuestros resultados también revelaron que el tetrafenilamonio tiene una alta estabilidad para soportar condiciones fuertemente ácidas y básicas.

El presente estudio ha demostrado que el tetrafenilamonio existe y puede sintetizarse químicamente. Si la síntesis a gran escala de este ion y sus derivados se realiza en el futuro, podría aplicarse potencialmente en varios campos de investigación como un catión orgánico con alta estabilidad química.

Además, la estrategia de acoplamiento de radicales utilizada en este estudio puede ser aplicable a la síntesis de otros amonios relacionados que no se han podido realizar hasta el momento.

Referencia:

Hikaru Fujita. et al. Synthesis of tetraphenylammonium, a phantom ion whose existence had not been confirmed. University Kanazawa 2022. DOI: 10.1038/s41467-022-30282-y

 

Doctor Fisión

Doctor Fision

Divulgador científico especialista en física y astrofísica, y apasionado de la ciencia en general. Autor del bestseller "El Universo Explicado" y de "La Nueva Carrera Espacial". Tiene más de 3 millones de seguidores en redes sociales.

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