La superficie SI(100)-2x1 como dienófilo en una reacción tipo DIELS-ALDER

Resumen

Se estudió la adsorción de 1,3-butadieno y de 2,3-dimetil-1,3-butadieno sobre una superficie monocristalina de Si(100)-2x1 bajo condiciones de máximo vacío (ultra-high vacuum, UHV) observándose que, a temperatura ambiente, cada dieno reacciona mediante una cicloadición [4+2] sobre el dímero Si2 de esta superficie. El producto de esta reacción ha sido comparado con el aducto formado en una reacción Diels-Alder, con el dímero superficial Si2 actuando como dienófilo. Esta reacción, a la que llamaremos del tipo Diels-Alder, ha sido estudiada bajo distintas condiciones de temperatura. El aducto Diels-Aldcr fue sometido luego a reacciones térmicas.

La formación de este aducto fue detectada por espectroscopia infraroja de reflexión múltiple interna (multiple internal reflection infrared spectroscopy, MIR-IRS), espectrometría de desorción térmica (thermal desorption spectrometry), y confirmada luego al estudiar la estructura fina cerca al límite de ionización por absorción de rayos X (near-edge X-ray absorption fine structure- NEXAFS) de la especie adsorbida. En este último estudio, para 2,3-dimetil-1,3-butadieno, también se determinó el ángulo (41") entre el plano de la superficie Si( lOO) y el plano que contiene los orbitales [pi] del aducto formado.

Por otro lado, al repetir la reacción tipo Diels-Alder sobre la superficie enfriada a temperaturas criogénicas (100 K), se observa más bien una adsorción física sobre la superficie, y no la reacción detectada a temperatura ambiente. Estos resultados de dependencia térmica de la reacción sugieren que hay una barrera de activación para la quimisorción a baja temperatura.

Esta reacción tipo Diels-Alder no es reversible sobre la superficie Si(100)-2x1 pues, al activar térmicamente la superficie, no ocurre la desorción molecular del dieno precursor en fase gas, sino que el a dueto se descompone, formando carbono e hidrógeno adsorbidos sobre la superficie.