En este estudio, publicado en la revista científica Angewandte Chemie, el equipo científico ha utilizado por primera vez aductos no porosos de fullereno como receptores host-guest dinámico para moléculas de hidracina. De este modo, han demostrado que la interacción sticky fingers puede permitir un dinamismo en una estructura tridimensional que permite la inclusión de moléculas. La exposición a los vapores de hidracina del fullereno C60 de 6 aductos en un reactor induce cambios estructurales y químicos que evidencian la hidrogenación del fullereno.
Los fullerenos son estructuras formadas por átomos de carbono en forma de esferas, elipsoides o tubos que, desde su descubrimiento en 1985 (merecedor del Premio Nobel de Química), han sido sujeto de investigación por sus aplicaciones en química y tecnología, especialmente en ciencia de materiales, electrónica y nanotecnología. El fullereno más conocido es el C60, también llamado buckyball o buckyesfera por su parecido a una pelota de fútbol donde los 60 carbonos que lo forman se encuentran en los vértices de los anillos pentagonales y hexagonales de la bola. Este C60 de 6 aductos es una esfera con 6 sustituyentes químicos.
En esta investigación, el equipo del IMDEA en primer lugar sintetizó y caracterizó esta nueva estructura cristalina no porosa de C60 de 6 aductos. Las débiles interacciones no covalentes carbono-hidrógeno mantienen unidas la estructura cristalina dinámica. El dinamismo de estas interacciones débiles que se presentan en este material orgánico a base de fullereno hace posible que la estructura cristalina no porosa sufra la inclusión de pequeñas moléculas cerca de las buckyesferas. Curiosamente, las moléculas de hidracina distribuidas dentro de estos sitios de unión activan la hidrogenación toposelectiva de la mitad de los anillos de ciclohexatrieno restantes del C60 de 6 aductos en una reacción de monocristal a monocristal. Esta reacción ha sido monitorizada por diferentes técnicas realizadas en varias instalaciones científicas, como el mismo IMDEA, el Advanced Light Source (Estados Unidos) y el Sincrotrón ALBA. La difracción de rayos X del monocristal del producto final obtenida en la línea de luz XALOC del ALBA ha sido crucial para desvelar el mecanismo de esta reacción única host-guest y confirmar la hidrogenación toposelectiva. Además, la reacción también pudo apreciarse a través del cambio visible de color naranja a amarillo.
Los miembros del equipo de investigación creen que el avance en el diseño de nuevos fullerenos C60 de 6 aductos adecuadamente funcionalizados permitirá obtener materiales con sitios de unión personalizables listos para capturar volátiles y gases peligrosos. De esta forma, la nueva e innovadora estrategia descrita en este trabajo sobre las reacciones topoquímicas de estado sólido que involucran fullerenos contribuirá a la creación de novedosos y dinámicos materiales absorbentes avanzados basados en carbono, con una variedad de aplicaciones tecnológicas directas como quimiosensores o dispositivos de remediación ambientales.
a) Cristales naranjas/rojizos de b) (antes de la exposición a la hidracina). b) C60 de 6 aductos obtenido por adición de bromomalonato a la solución de C60 en clorobenceno, empleando DBU como base química. c) Ilustración ORTEP del monocristal C60 de 6 aductos incluyendo los grupos malonato (solo se ilustra una rama de los malonatos distorsionados para mayor claridad). d) Vista iRASPA del conjunto. e) C60 de 6 aductos visualizado en el Sincrotrón ALBA. A partir de su estructura cristalina, se concluye que la mitad de los seis anillos del fullereno en b) se han hidrogenado después de la exposición. f) Monocristales de e) (después de la exposición a vapores de hidracina). g) Ilustración MERCURY del hexaaducto hidrogenado, incluyendo los átomos de hidrógeno incorporados al C60 y los grupos funcionales malonatos (solo se ilustra una rama de los malonatos distorsionados). h) Vista iRASPA de e).
El investigador líder del equipo del grupo de nanomateriales conmutables (SNM) es el Dr. José Sánchez Costa, del IMDEA Nanociencia en el campus de la Universidad Autónoma de Madrid. El grupo SNM ha trabajado fuertemente con el grupo de Nazario Martín (IMDEA Nano y Universidad Complutense de Madrid). También mencionar la colaboración con el Dr. Roeland Boer (responsable de la línea XALOC en el Sincrotrón ALBA) y el Dr. Simon J. Teat (científico de la línea de luz 12.2.1 en el Advanced Light Source).
Referencia: 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
