Dopo diamante, fullereni e nanotubi, i ricercatori dell’Univeristà di Oxford e dell’IBM di Zurigo riescono a isolare il primo anello costituito interamente da carbonio. La molecola è stata battezzata ciclocarbonio o carbonio-18 e oltre ad allargare la famiglia di allotropi del carbonio, potrebbe trovare impiego in transistor e sensori molecolari.

“Nella terra di Mordor, tra le fiamme del Monte Fato, Sauron, l’Oscuro Signore, forgiò in segreto un Anello sovrano, per dominare tutti gli altri…”. Perché questa citazione Tolkeniana? Presto detto, l’Unico Anello è davvero nato, ma è piccolissimo ed è fatto da atomi di carbonio.

Il carbonio ha la capacità di legarsi facilmente con se stesso e con moltissimi altri elementi, formando composti quali l’anidride carbonica, gli idrocarburi e gli amminoacidi. Quando non legato a nessun altro elemento, è presente in natura in diverse forme o allotropi. L’allotropia (dal greco “Allos”, diversa e “Tropos”, forma) è la capacità di alcune sostanze semplici, cioè costituite dallo stesso elemento chimico, di assumere diverse forme, proprietà chimico fisiche e organizzazioni strutturali. Diamante e grafite ad esempio, sono allotropi del carbonio, ma mostrano organizzazione strutturale e proprietà molto differenti. Il primo è costituito da un reticolo cristallino di atomi di carbonio disposti secondo una struttura tedraedrica, è trasparente, un ottimo conduttore di calore nonché il materiale più duro presente in natura. La grafite invece è costituita da piani di atomi di carbonio uniti in celle esagonali, conduce elettricità, ma si presenta opaca e friabile.

Oltre a quelli presenti in natura, non mancano anche allotropi di origine sintetica. Nel nostro caso, un gruppo di ricercatori dell’Università di Oxford e dell’IBM di Zurigo sono riusciti a sintetizzare la prima molecola di forma circolare costituita esclusivamente da carbonio. La molecola, un anello costituito da 18 atomi, è stata battezzata “ciclocarbonio” o “carbonio-18”. Da molto tempo i chimici hanno tentato di sfruttare la capacità degli atomi di carbonio di legarsi formando strutture cicliche costituite da un’alternanza di legami singoli e tripli, ma molto spesso le reazioni e i composti, ottenuti prevalentemente in fase gassosa, risultavano instabili e non isolabili da altre molecole contaminanti. Il ciclocarbonio, come dimostrato dal team di  Gawel, è stato invece sintetizzato impiegando dei precursori più stabili, contenenti atomi di ossigeno lungo uno scheletro ciclico da ventiquattro atomi di carbonio (Figura1A). Una volta inviati i precursori ai laboratori dell’IBM di Zurigo, le molecole sono state poste su uno strato di cloruro di sodio, all’interno di una camera ad alto vuoto. Manipolando l’anello in presenza di correnti fornite da un microscopio a forza atomica, le parti estranee contenenti ossigeno sono state rimosse e dopo una serie di prove ed errori, le micrografie hanno rivelato la presenza del ciclocarbonio.

Schema della sintesi del ciclocarbonio. La rimozione di due molecole di CO in ogni step di reazione viene eseguita impiegando punte per il microscopio a forza atomica capaci di attirare gruppi CO. 
La struttura, costituita da un’alternanza di legami singoli e tripli, dovrebbe conferire al carbonio-18 un comportamento semiconduttore, grazie alla capacità di delocalizzare gli elettroni lungo l’anello di legami, e potrebbe incentivarne l’applicazione come transistor o sensore su scala molecolare. Nell’attesa di scoprire le sue proprietà e di vederlo all’opera, godiamoci la nascita “dell’Anello”, questa volta in carbonio e non forgiato da nessun Oscuro Signore.