Guitián / Pérez / Peña

Líneas de investigación

Metodología sintética basada en química de arinos (vídeo1)

Aproximaciones ascendentes a los materiales del grafeno (vídeo2 & vídeo3)

Investigador(es) principal(es)

Catedrático en Excedencia. Profesor de Investigación Oportunius

Emeritus University Professor(s)

Miembros del grupo

Guitián Rivera, Enrique
Aparicio Gil, Borja

Inv. Postdoctoral

Bello García, Jesús

Inv. Postdoctoral

Castro Estebán, Jesús Alfonso

Inv. Postdoctoral

Castro Fernández, Silvia

Inv. Postdoctoral

Mateo de Doni, Luis Manuel

Inv. Postdoctoral

Mora Fuentes, Juan Pedro

Inv. Postdoctoral

Pozo Míguez, Iago

Inv. Postdoctoral

Rodrigues Vilares Cabral Monteiro, Ana Rita

Inv. Postdoctoral

Vilas Varela, Manuel

Inv. Postdoctoral

Besteiro Saez, Javier

Inv. Predoctoral

Fernández Castro, Saleta

Inv. Predoctoral

Gómez Rodrigo, Lucía

Inv. Predoctoral

Janeiro Rodríguez, Jesús

Inv. Predoctoral

Luaces Calvín, Antón

Inv. Predoctoral

Malavé Fernández, María Valentina

Inv. Predoctoral

Martínez Castrillón, Adrián

Inv. Predoctoral

Rey Bello, Nicolás

Inv. Predoctoral

Villar Castro, Daniel

Inv. Predoctoral

Cobas Martínez, Agustín

Inv. colaborador

Reif López, Rubén

Personal técnico de gestión

Fernández Aguiño, Carmen

Personal de soporte de laboratorio

Investigación

Somos un grupo de investigación interesado en utilizar la química orgánica para resolver desafíos científicos relevantes, principalmente en los campos de la química de los compuestos aromáticos y de los materiales basados en carbono. Estamos especializados en el desarrollo de nuevas metodologías sintéticas basadas en la química de arinos, en la preparación de grandes moléculas aromáticas y materiales funcionales, en el desarrollo de aproximaciones ascendentes a los materiales de grafeno y en la combinación de la química en disolución con la síntesis sobre superficies. En los últimos 10 años hemos publicado más de 70 artículos de investigación, incluyendo 3 en Science, 2 en Nature Chemistry, 2 en Nature Commun., 6 en Angewandte Chemie, 3 en J. Am. Chem. Soc. y 8 en ACS Nano.

Nuestro grupo de investigación (COMMO, GI-1565), formado por aproximadamente 20 personas y coordinado por Enrique Guitián, ha sido recientemente reconocido como Grupo de Referencia Competitiva del Sistema Universitario de Galicia. En cuanto a proyectos en curso, hemos recibido financiación para el desarrollo de dos proyectos de la Agencia Estatal de Investigación (2020-23; CTQ, “Lego molecular” basado en arinos y MAT, Síntesis en disolución de nanosistemas moleculares funcionales), un proyecto FET Open financiado por la EU (2019-23, SPRING: Spin research in graphene) y un proyecto FLAG-ERA financiado con fondos europeos (2020-23, Legochip: nanoporous graphene integration in biosensors).

Recientemente, Diego Peña ha sido galardonado con un proyecto ERC-Synergy Grant (2021-27, MolDAM: Single Molecular Devices by Atomic Manipulation) junto a Leo Gross (IBM Research, Zurich) y Jascha Repp (University Regensburg). MolDAM tiene como objetivo construir y controlar moléculas individuales mediante su manipulación con microscopios sofisticados.

En la actualidad trabajamos en dos líneas principales de investigación:

1. Metodología sintética basada en la química de arinos. Coordinada por Dolores Pérez.

Uno de los principales intereses de nuestro grupo es el desarrollo de nuevos métodos sintéticos basados ​​en la química de los arinos, especies de vida corta, y la aplicación de estos métodos a la síntesis y estudio de grandes moléculas aromáticas con estructuras fascinantes, y materiales π-funcionales novedosos. Nuestras estrategias implican tanto el desarrollo de nuevos arinos utilizables como bloques de construcción, como la combinación de la química clásica de los arinos (por ejemplo, cicloadiciones [4+2]) con nuevas reacciones descubiertas en nuestros laboratorios. Una de nuestras principales contribuciones en este campo ha sido el desarrollo de reacciones de cicloadición [2+2+2] de arinos catalizadas por metales, que se han convertido en el procedimiento estándar para la síntesis de compuestos aromáticos policíclicos con tres ramificaciones, como los estarfenos.

Synthesis of Nanographenes, Starphenes, and Sterically Congested Polyarenes by Aryne Cyclotrimerization

Acc. Chem. Res. 201952, 2472-2481

 

Con respecto al desarrollo de nuevos arinos, trabajamos en el diseño y síntesis de precursores adecuados de nuevos poliarinos, como el 2,6,10-trifenilenotriino, a partir del cual se puede llevar a cabo la generación selectiva y el atrapado de cada triple enlace individual, permitiendo transformaciones diferentes en cada rama y, en consecuencia, el acceso a diversos HPAs extendidos basados ​​en el trifenileno. También hemos sintetizado nuevos arinos complejos, como un fullerobencino, que se ha utilizado para la preparación de nanoconjugados grafeno-C60 (en colaboración con N. Martín, UCM).

                               2,6,10-Triphenylenotriyne: a star-shaped trisaryne                                       A C60-aryne building-block: synthesis of a hybrid all-carbon nanostructure

Chem. Commun. 202056, 12853-12856                                                                 Chem. Commun. 201652, 6677-6680

 

Las nuevas estrategias sintéticas basadas en cicloadiciones de bisarinos son particularmente útiles para la síntesis de acenos lineales y cíclicos. Un tetraepoxiciclaceno obtenido mediante estas estrategias, ha sido parcialmente desoxigenado por manipulación atómica mediante STM, y los “cinturones” moleculares (molecular belts) correspondientes han sido visualizados mediante AFM con puntas funcionalizadas con CO (en colaboración con L. Gross, IBM Research).

Exploring a route to cyclic acenes by on-surface synthesis

Angew. Chem. Int. Ed. 201958, 9038-9042

 

También hemos desarrollado nuevas aplicaciones de los arinos para resolver cuestiones químicas fundamentales, como el debate recurrente sobre la aromaticidad del kekuleno. El uso complementario de metodologías sintéticas basadas en reacciones de cicloadición de arinos, estudios computacionales y microscopía AFM de última generación, arrojan luz sobre la estructura molecular y electrónica de este HPA icónico [en colaboración con L. Gross (IBM Research) y M. Melle-Franco (Univ. Aveiro).

Revisiting Kekulene: Synthesis and Single-Molecule Imaging

J. Am. Chem. Soc. 2019141, 15488-15493

 

2. Aproximaciones ascendentes a grafenos nanométricos de estructura definida. Coordinada por Diego Peña.

En los últimos años hemos introducido nuevos métodos de síntesis para preparar nanografenos de estructura bien definida mediante química en disolución. Trabajamos en estrecha colaboración con grupos especializados en microscopía de barrido de efecto túnel (STM) y microscopía de fuerza atómica (AFM), con el fin de estudiar estos materiales grafénicos. También combinamos la química en disolución con la síntesis sobre superficies para obtener grafenos diseñados “a la carta”, que incluyen nanocintas de grafeno (GNR) y grafenos nanoporosos (NPG). A continuación se muestra una selección de resultados recientes de nuestro trabajo en este tema.

Por ejemplo, construimos un nanografeno triporoso formado por 102 átomos de carbono sp2, combinando la ciclotrimerización de arinos catalizada por Pd en disolución, con ciclodeshidrogenaciones promovidas sobre una superficie de Au. Moléculas individuales de este nanografeno triporoso se caracterizaron por AFM de alta resolución (en colaboración con S. Godlewski, Universidad Jagiellonian, Cracovia).

 

Synthesis and reactivity of a trigonal porous nanographene on a gold surface

Chem. Sci. 201910, 10143-10148

 

El cuidadoso diseño del precursor molecular es la clave para obtener los derivados de grafeno deseados. En colaboración con los grupos de Nacho Pascual (nanoGUNE) y Dimas de Oteyza (CFM) trabajamos en la preparación de precursores de nanocintas de grafeno (GNRs). Por ejemplo, demostramos que es posible transferir la quiralidad axial de un precursor de grafeno enriquecido enantioméricamente a la quiralidad plana del adsorbato GNR, que se analizó mediante STM de alta resolución.

Transferring axial molecular chirality through a sequence of on-surface reactions

Chem. Sci. 2020, 11, 5441-5446

El diseño molecular se puede modificar para obtener otros materiales de grafeno bien definidos. En colaboración con los grupos de Aitor Mugarza (ICN2) y Aran García-Lekue (DIPC) preparamos grafenos nanoporosos (NPGs) mediante una secuencia de reacciones sobre superficie de oro. La introducción de poros nanométricos hace que el NPG sea permeable y semiconductor, con aplicaciones potenciales como filtros y sensores moleculares. Video divulgativo: Nanoporous graphene for smart filters and sensors.

Bottom-up synthesis of multifunctional nanoporous graphene

Science 2018360, 199-203

Algunas de nuestras aproximaciones ascendentes se basan en transformaciones químicas desarrolladas sobre diferentes superficies. En el contexto de nuestra colaboración estable con el grupo de Leo Gross (IBM, Zurich) nuestro objetivo es controlar y visualizar la reactividad de moléculas individuales. Por ejemplo, recientemente demostramos el acoplamiento de alquinos terminales en moléculas individuales mediante manipulación atómica. Este trabajo está estrechamente relacionado con el proyecto ERC-Synergy Grant MolDAM, que tiene como objetivo construir moléculas individuales, átomo a átomo, y controlar la forma en que las moléculas se comportan y reaccionan.

Intramolecular coupling of terminal alkynes by atom manipulation

Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 22989-22993