Desarrollan una potente y novedosa estrategia para sintetizar nuevos materiales

20/01/2022

En la búsqueda de nuevos materiales con excelentes propiedades para aplicaciones específicas, se han desarrollado a lo largo de los años estrategias de síntesis que han permitido un control cada vez más preciso del proceso y, en consecuencia, de su resultado. En la química reticular se utilizan bloques de construcción moleculares específicamente diseñados para crear nuevas estructuras cristalinas porosas, cuyas propiedades están fuertemente relacionadas con la disposición periódica de esos componentes básicos. Estos materiales llamados reticulares incluyen las estructuras metalorgánicas (MOF), las estructuras covalentes-orgánicas (COF) y los poliedros metalorgánicos (MOP).

Un equipo de investigación del Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia (ICN2), del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM-CSIC), de la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB) y del Sincrotrón ALBA (Barcelona) –coordinado por el Prof. ICREA Daniel Maspoch y el Dr. Inhar Imaz, respectivamente jefe de grupo e investigador senior del Grupo de Nanoquímica y Materiales Supramoleculares del ICN2— ha llevado más allá la aproximación al diseño de estructuras usado en la química reticular, proponiendo una novedosa estrategia de síntesis. En lo que han denominado “Clip-off Chemistry”, es decir “Química de Corte”, se generan nuevos materiales o moléculas rompiendo selectivamente algunos enlaces de materiales reticulares conocidos. En la investigación han participado los investigadores del Departamento de Química de la UAB Sergio Jurado y Félix Busqué.

En un artículo publicado recientemente en Angewandte Chemie, estos científicos y científicas han demostrado la validez de su aproximación, modificando MOFs tridimensionales o MOPs cero-dimensionales mediante la ruptura –en lugar de la formación— de enlaces en su arquitectura. Dado que sólo se escinden los enlaces seleccionados, las estructuras resultantes presentan una nueva topología y propiedades diferentes, al tiempo que conservan su dimensionalidad original. Sin embargo, para que esta técnica funcione, el material reticular precursor debe tener grupos alquenos (que son grupos funcionales que contienen uno o más dobles enlaces carbono-carbono) escindibles situados en posiciones específicas de su estructura.

Utilizando por primera vez la Química de Corte, los autores de este trabajo sintetizaron nuevas estructuras moleculares, partiendo de otras ya existentes. Para realizar estas síntesis, se introdujeron químicamente grupos alquenos escindibles en los materiales precursores. En la práctica, se sustituyeron algunos de los enlazadores originales por otros de tamaño y geometría similares que contenían los grupos deseados, es decir, los enlaces rompibles. Tras un tratamiento adecuado, esos enlaces se dividen y lo que queda es una estructura reticular formada únicamente por los circuitos de conexiones que no incluían los grupos escindibles (véase el esquema gráfico).

Por tanto, se proporciona a la comunidad científica una poderosa herramienta para crear nuevos materiales y moléculas. La aplicación de esta técnica a varias estructuras puede conducir a la ingeniería de una plétora de nuevos bloques y estructuras moleculares.
Esta investigación se ha llevado a cabo en el marco del proyecto CLIPOFF-CHEM, financiado por una ERC Advanced Grant de la Comisión Europea (acuerdo de subvención nº 101019003).

Sobre el ICN2

El Instituto Català de Nanociència i Nanotecnologia (ICN2) se dedica al desarrollo de conocimiento, materiales y dispositivos en los amplios campos de la salud, la energía, el medio ambiente y las tecnologías informáticas y de las comunicaciones. Su experiencia radica en la nanoescala, donde nuevas propiedades e interacciones, así como formas de explotarlas en la vida cotidiana, se descubren constantemente. Entre sus objetivos se encuentra reunir a personal científico con competencias diversas en la búsqueda de una mejor ciencia, una mejor formación y un mayor impacto en la sociedad, a la vez que explora nuevas formas de interactuar con la industria local y global.

El instituto fue acreditado como Centro de Excelencia Severo Ochoa en 2014 y el Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades renovó este galardón en 2018. Entre sus patrones se encuentran la Generalidad de Cataluña, el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universidad Autónoma de Barcelona (UAB), donde se ubica el instituto. El ICN2 es un centro CERCA y también uno de los miembros fundadores del Barcelona Institute of Science and Technology (BIST) y del Graphene Flagship europeo.

Artículo de referencia:

Yunhui Yang, Anna Broto-Ribas, Borja Ortín-Rubio, Inhar Imaz, Felipe Gándara, Arnau Carné-Sánchez, Vincent Guillerm, Sergio Jurado, Félix Busqué, Judith Juanhuix, Daniel Maspoch, Clip-off Chemistry: Synthesis by Programmed Disassembly of Reticular Materials. Angewandte Chemie, November 2021. DOI: 10.1002/anie.202111228