Un artículo publicado recientemente en la prestigiosa revista Angewandte Chemie propone un novedoso enfoque para la síntesis de estructuras moleculares que puede permitir diseñar y forjar un conjunto de nuevos materiales. Con la técnica «Clip-Off Chemistry«, es decir “Química de Corte”, se pueden dividir de forma controlada sólo enlaces seleccionados en el retículo de algunas moléculas o materiales. De este modo, el personal científico obtiene estructuras que presentan propiedades diferentes a las originales y que no podrían sintetizarse con los métodos ya conocidos. Esto tiene un gran impacto potencial en el campo de ciencia de materiales.
Este trabajo ha sido 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 Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia (ICN2), en el marco del proyecto CLIPOFF-CHEM, financiado por una ERC Advanced Grant de la Comisión Europea concedida al Prof. Maspoch a principios de 2021. En este trabajo participaron investigadores del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM-CSIC), de la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB) y del Sincrotrón ALBA (Barcelona).
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 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 (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).
Felipe Gándara, investigador del ICMM-CSIC, ha completado los estudios estructurales de los materiales sintetizados mediante el análisis de datos de difracción de rayos X de cristales. Gándara declara que “este proceso es fundamental para conocer la posición exacta de los átomos en las redes formadas, y los estudios cristalográficos con datos de difracción de rayos X demuestran la formación de nuevos tipos de redes cristalinas creadas a partir de las inicialmente seleccionadas”.
Por tanto, se proporciona a la comunidad científica una poderosa herramienta para crear nuevos materiales y moléculas. “Este trabajo abre una nueva vía para la obtención de materiales con características estructurales y topológicas que no pueden ser obtenidas mediante los métodos hasta ahora utilizados, basados solo en la formación de enlaces entre unidades moleculares”, declara Gándara. 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).
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
Virginia Greco / Comunicación ICN2
