En l’estudi, publicat a la revista científica Angewandte Chemie, l’equip científic ha utilitzat per primera vegada adductes no porosos de ful·lerè com a receptors host-guest dinàmic per molècules d’hidrazina. D’aquesta manera, han demostrat que la interacció sticky fingers pot permetre un dinamisme en una estructura tridimensional que permet la inclusió de molècules. L’exposició als vapors d’hidrazina del ful·lerè C60 de 6 adductes en un reactor indueix canvis estructurals i químics que evidencien la hidrogenació del ful·lerè.
Els ful·lerens són estructures formades per àtoms de carboni en forma d’esferes, el·lipsoides o tubs que, des del seu descobriment el 1985 (mereixedor del Premi Nobel de Química), han estat subjecte d’investigació per les seves aplicacions en química i tecnologia, especialment en ciència de materials, electrònica i nanotecnologia. El ful·lerè més conegut és el C60, també anomenat buckyball o buckyesfera per la seva semblança a una pilota de futbol on els 60 carbonis que la formen es troben en els vèrtexs dels anells pentagonals i hexagonals de la bola. Aquest C60 de 6 adductes és una esfera amb 6 substituents químics.
En aquesta investigació, l’equip del IMDEA en primer lloc va sintetitzar i caracteritzar l’estructura cristal·lina no porosa innovadora del C60 de 6 adductes. Les dèbils interaccions no covalents carboni-hidrogen mantenen unides l’estructura cristal·lina dinàmica. El dinamisme d’aquestes interaccions dèbils que es presenten en aquest material orgànic a base de ful·lerè fa possible que l’estructura cristal·lina no porosa pateixi la inclusió de petites molècules prop de les buckyesferes. Curiosament, les molècules d’hidrazina distribuïdes dins d’aquests llocs d’unió activen la hidrogenació toposelectiva de la meitat dels anells de ciclohexatriè restants del C60 de 6 adductes en una reacció de monocristall a monocristall. Aquesta reacció ha estat monitoritzada per diferents tècniques realitzades en vàries instal·lacions científiques, com el mateix IMDEA, l’Advanced Light Source (Estats Units) i el Sincrotró ALBA. La difracció de raigs X del monocristall del producte final obtinguda a la línia de llum XALOC de l’ALBA ha estat crucial per desvelar el mecanisme d’aquesta reacció única host-guest i confirmar la hidrogenació toposelectiva. A més, la reacció també pot apreciar-se a través del canvi visible de color taronja a groc.
Els membres de l’equip d’investigació creuen que l’avenç en el disseny de nous ful·lerens C60 de 6 adductes adequadament funcionalitzats permetrà obtenir materials amb llocs d’unió personalitzables llestos per capturar volàtils i gasos perillosos. D’aquesta manera, la innovadora estratègia descrita en aquesta recerca sobre les reaccions topoquímiques d’estat sòlid que involucren ful·lerens contribuirà a la creació de nous i dinàmics materials absorbents avançats basats en carboni, amb una varietat d’aplicacions tecnològiques directes com quimiosensors o dispositius de remediació ambientals.
a) Cristalls taronges/vermellosos de b) (abans de l'exposició a la hidrazina). b) C60 de 6 adductes obtingut per adició de bromomalonat a la solució de C60 en clorobenzè, usant DBU com a base química. c) Il·lustració ORTEP del monocristall C60 de 6 adductes incloent els grups malonat (només s'il·lustra una rama dels malonats distorsionats per a major claredat). d) Vista iRASPA del conjunt. e) C60 de 6 adductes visualitzat al Sincrotró ALBA. A partir de la seva estructura cristal·lina, es conclou que la meitat dels sis anells del ful·lerè en b) s'han hidrogenat després de l'exposició. f) Monocristalls de e) (després de l'exposició a vapors d'hidrazina). g) Il·lustració MERCURY de l'hexaadducte hidrogenat, incloent els àtoms d'hidrogen incorporats al C60 i els grups funcionals malonats (només s'il·lustra una rama dels malonats distorsionats). h) Vista iRASPA de e).
L’investigador líder de l’equip del grup de nanomaterials commutables (SNM) és el Dr. José Sánchez Costa, de l’IMDEA Nanociencia al campus de la Universidad Autónoma de Madrid. El grup SNM ha treballat fortament amb el grup de Nazario Martín (IMDEA Nano i Universidad Complutense de Madrid). També mencionar la col·laboració amb el Dr. Roeland Boer (responsable de la línia XALOC al Sincrotró ALBA) i el Dr. Simon J. Teat (científic de la línia de llum 12.2.1 a l’Advanced Light Source).
Referència: Estefania Fernandez-Bartolome, José Santos, Arturo Gamonal, Saeed Khodabakhshi, Laura J. Mc Cormick, Simon J. Teat, E. Carolina Sañudo, José Sánchez Costa and Nazario Martín. A Three-dimensional Dynamic Supramolecular “Sticky Fingers” Organic Framework. Angew. Chem. 10.1002/anie.201812419
