Diamantoide. Chemie mit Nano‐Juwelen

Abstract

Vom wissenschaftlichen Standpunkt aus gesehen vereint ein Diamant mehrere sehr nützliche Eigenschaften wie extreme mechanische Härte, Inertheit gegenüber vielen Chemikalien, eine große elektronische Bandlücke, breite optische Transparenz, Widerstandsfähgkeit gegenüber Strahlung oder hohe Wärmeleitfähigkeit [1]. Diamantmaterialien (Abbildung 1) sind auch dafür bekannt, dass sie keinen oder nur einen sehr kleinen Effekt auf lebende Zellen besitzen. Sie kommen somit zur Anwendung in biologischen und medizinischen Bereichen in Frage. Für viele Wissenschaftler sind Diamanten im Nanometerbereich (1 nm entspricht 10 -9 m) oftmals mit chemical-vapor-deposition-Diamanten (CVD), ultrananokristallinen Diamanten oder Nanodiamantpulvern assoziiert (Abbildung 2). Leider ist ein solcher "Nanodiamant" häufig eine Mischung aus Isomeren oder sogar eine Mischung verschiedener Verbindungen mit unterschiedlichen Molekulargewichten. Nun hat eine weitere Klasse von Diamantmaterialien die Bühne (wieder) betreten: die Diamantoide [2]. Was sind Diamantoide? Diamantoide (auch Polymantane genannt) sind aliphatische Käfigverbindungen, die nur aus Kohlenstoff-und Wasserstoffatomen bestehen. Die Atomanordnung in diesen Molekülen entspricht der Anordnung der Kohlenstoffatome im Kristallgitter des Diamanten. Der Begriff "diamantoid" wurde 1924 vom deutschen Chemiker Hermann Decker während seiner Versuche, synthetische Diamanten herzustellen, geprägt [3]. Der einfachste Diamantoid ist das Adamantan, welches gleichzeitig die Elementarzelle des Diamanten darstellt und deswegen nach dem griechischen Namen für Diamant (adamantinos) benannt wurde. Adamantan besteht aus zehn Kohlenstoffatomen und 16 Wasserstoffatomen und ist eine farblose, kristalline Verbindung mit campherartigem Geruch. Durch die Addition weiterer Adamantankäfige entstehen immer größere Diamantoide, die nach einer logischen Reihenfolge Diamantan (14 Kohlenstoff-und 20 Wasserstoffatome), Triamantan (C 18 H 24 ), Tetramantane (C 24 H 28 ), Pentamantane, usw. benannt werden. Diese Verbindungen sind strukturell also wie kleine Fragmente des Diamanten, dessen abgebrochene Bindungen mit Wasserstoffatomen abgesättigt wurden. Es wird weiterhin allgemein unterschieden zwischen den niederen und den höheren Diamantoiden. Die Gruppe der niederen Diamantoide besteht aus Adamantan, Dia-Die Tetramantan-Familie besteht aus vier verschiedenen Isomeren, von denen zwei enantiomer zueinander sind. ABB . 2 | EIG ENSCHAF TEN VON (NANO)DIAMANTEN ABB . 3 | DIE TETRAMANTAN -FAMILIE ABB . 1 | G RÖSSENORDNUNG EN VER SCHIEDENER DIAMANTMATERIALIEN 250 |

Vibrationally resolved optical spectra of modified diamondoids obtained from time-dependent correlation function methods

“…Diamondoids form a family of hydrocarbons, consisting of repeated units of connected cyclohexane rings. [1][2][3] The first member of this series is adamantane, C 10 H 16 , a saturated diamondoid with sp 3 -hybridized carbon atoms. Higher homologues are known as diamantane, C 14 H 20 , triamantane C 18 H 24 , tetramantane C 22 H 28 , pentamantane and so on.…”

Vibrationally resolved absorption, emission and resonance Raman spectra of diamondoids: a study based on time-dependent correlation functions

“…Diamondoids are a class of saturated hydrocarbons, made of repeated units of interconnected cyclohexane rings. [1][2][3] They can be derived from the parent material diamond, by cutting out of the crystal small subunits and saturating the cutting positions with hydrogen. The simplest diamondoid is adamantane, C 10 H 16 , with its cage comprising sp 3 -hybridized C atoms.…”

“…[1][2][3] They can be derived from the parent material diamond, by cutting out of the crystal small subunits and saturating the cutting positions with hydrogen. The simplest diamondoid is adamantane, C 10 H 16 , with its cage comprising sp 3 -hybridized C atoms. The next homologues are diamantane with two adamantane units, C 14 H 20 , triamantane C 18 H 24 , tetramantane C 22 H 28 , pentamantane, hexamantane and so forth.…”

“…1 For diamondoids higher than tetramantane, representatives belonging to the same family may have even distinct atomic compositions, and thus molecular weights. 3 Even if the sum formula is the same, different isomers exhibit different shapes, and typically also different properties. For example, the two tetramantanes [123] mentioned above are enantiomers, i.e., molecules with different chirality.…”

Helium Droplet Mass Spectrometry

“…Adamantane (C 10 H 16 , Ad) is basically a hydrogenated unit cell of the diamond crystal structure and the smallest of the diamondoids, a group of hydrocarbons sometimes referred to as nanodiamonds. They have intriguing physical and chemical properties as well as a wide array of applications in chemistry, material science and medicine [406][407][408][409]. Recently, Goulart et al conducted the first study of Ad clusters synthesized in HNDs [410].…”