Generación de subunidades antiaromáticas en superficies
07.12.2023
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Generación en superficie de subunidades antiaromáticas en un precursor molecular después de su deposición sobre una superficie metálica caliente. Imagen: Patricia Bondía. |
- Investigadores de IMDEA Nanociencia han diseñado una nueva ruta para sintetizar las esquivas subunidades antiaromáticas, en superficies.
- Su novedosa ruta sintética incluye el depósito de precursores químicos específicos en una superficie caliente que permite nuevos reordenamientos del esqueleto molecular.
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Madrid, 7 de diciembre, 2023. Los hidrocarburos conjugados policíclicos antiaromáticos son materiales interesantes debido a sus propiedades estructurales, electrónicas y magnéticas únicas con perspectivas en optoelectrónica molecular. La antiaromaticidad es una propiedad química de una molécula cíclica con un sistema de electrones que tiene mayor energía, por lo que la molécula es menos estable debido a la presencia de electrones deslocalizados en ella, a diferencia de la aromaticidad. A diferencia de los compuestos aromáticos, la síntesis de compuestos antiaromáticos es exigente debido a su alta reactividad, lo que demuestra que la síntesis de estos materiales especiales es muy desafiante.
En la última década, la síntesis en superficie ha surgido como una estrategia prometedora para el desarrollo y diseño de nuevos materiales a nanoescala, complementarios a la síntesis en solución. Se basa en la deposición de precursores moleculares sobre una superficie y su posterior recocido para crear nuevos enlaces, por lo tanto, nuevos nanomateriales. La estructura química de los productos finales depende del mecanismo de reacción seguido por el precursor molecular inicial. Por ejemplo, las reacciones de reordenamiento de anillos están ganando cada vez más atención recientemente como una posible alternativa para la generación de nuevas nanoestructuras. Sin embargo, el control de este mecanismo de reacción sigue siendo un reto debido a los innumerables reordenamientos esqueléticos.
En su investigación, los investigadores del grupo de Nanoarchitectonics on Surfaces en IMDEA Nanociencia, dirigido por el Prof. David Écija en colaboración con el grupo de Nanocarbons and Organic Photovoltaics, dirigido por el Prof. Nazario Martín, han desarrollado con éxito una nueva estrategia para sintetizar hidrocarburos conjugados policíclicos con elementos antiaromáticos mediante síntesis en superficie. Demostraron que la deposición de precursores moleculares específicos sobre un sustrato de oro caliente daba lugar a nuevas reacciones intra e intermoleculares que daban lugar a un reordenamiento esquelético en el anillo. Dichas vías de reacción diferían de la polimerización covalente de las mismas especies iniciales tras la deposición sobre la superficie a temperatura ambiente seguida del posterior recocido. Combinando distintas técnicas avanzadas de microscopía, los investigadores desvelaron las estructuras químicas de los compuestos obtenidos, mostrando la formación de subunidades antiaromáticas dentro de los esqueletos moleculares.
Los resultados, publicados en Nature Synthesis, demuestran que ahora es posible una nueva estrategia para crear estos nanomateriales especiales. "Basado en el poder de los protocolos sintéticos orgánicos, el diseño racional y la síntesis de precursores adecuadamente funcionalizados allana el camino hacia un nuevo escenario ilimitado", dice Nazario Martín. El uso de una superficie metálica caliente durante la sublimación del precursor molecular para proporcionar unidades antiaromáticas representa una desviación de la síntesis tradicional en superficie, lo que marca un avance significativo en el campo. Esta innovación abre nuevas vías para el diseño de estructuras moleculares con propiedades personalizadas. "La síntesis en superficie introduce ahora un paradigma único para desbloquear nuevas posibilidades en química que podrían afectar a los materiales y tecnologías que nos rodean", afirma David Écija. Sus hallazgos consolidan un nuevo método para el desarrollo y diseño de materiales orgánicos a nanoescala, que permite la incorporación de subunidades antiaromáticas en sus columnas vertebrales. Se prevé que el control de las reacciones de reordenamiento de anillos de compuestos basados en carbono en superficies abra nuevas rutas hacia el diseño de materiales orgánicos de baja dimensión con perspectivas en optoelectrónica molecular.
Este trabajo es fruto del Grupo de Nanoarquitectura en Superficies de IMDEA Nanociencia, y ha sido parcialmente financiado por la beca ERC ELECNANO (GA número 766555), las ayudas QUIMTRONIC-CM, MAD2D y NANOMAGCOST de la Comunidad de Madrid, y la distinción de Centro de Excelencia Severo Ochoa a IMDEA Nanociencia.
Referencia:
Pérez-Elvira, E., Barragán, A., Chen, Q. et al. Generating antiaromaticity in polycyclic conjugated hydrocarbons by thermally selective skeletal rearrangements at interfaces. Nat. Synth (2023). https://doi.org/10.1038/s44160-023-00390-8 (preprint en https://www.researchsquare.com/article/rs-2371634/v1)
https://repositorio.imdeananociencia.org/handle/20.500.12614/3473
Contacto:
Prof. David Écija
david.ecija[at]imdea.org
Página web: https://nanociencia.imdea.org/nanoarchitectonics-on-surfaces/group-home
Oficina de Divulgación y Comunicación en IMDEA Nanociencia
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Fuente: IMDEA Nanociencia.