Casi 30 años después de su descubrimiento, los fulerenos siguen atrayendo la atención de muchos investigadores en todo el mundo debido a sus propiedades únicas y sus aplicaciones en una amplia gama de campos como la ciencia de materiales o la medicina. Hoy en día, uno de los campos más activos en la química de fulerenos es la búsqueda de receptores moleculares capaces de formar complejos estables con ellos. Estos receptores no sólo son útiles para aislar fulerenos del hollín, sino también para el desarrollo de nuevos materiales para la conversión de energía solar, la optoelectrónica, la catálisis o el desarrollo de interruptores moleculares.
Dado que las fuerzas de dispersión son predominantes en la estabilización de los complejos de fulereno, una estrategia clave para el diseño de nuevos receptores moleculares es hacer uso de la complementariedad cóncavo-convexa para maximizar estas fuerzas. Sin embargo, los ejemplos de receptores de fulereno cóncavas son relativamente escasos dado que las moléculas curvadas no son siempre un objetivo sintético fácil debido a sus estructuras tensionadas.
En este contexto, los hidrocarburos aromáticos policíclicos en forma de cuenco, comúnmente conocidos como buckybowls o fragmentos de fulereno, parecen muy prometedores debido a que varios buckybowls se han sintetizado en los últimos años, siendo su superficie cóncava muy adecuada para su colocación sobre la superficie convexa de los fulerenos a través de interacciones π···π de tipo cóncavo-convexo "ball-and-socket".
En los últimos años, nuestro grupo se ha dedicado al estudio de las interacciones cóncavo-convexo entre buckybowls y fulerenos con el fin de encontrar los factores que maximizan sus interacciones.
En este trabajo una serie pinzas moleculares han sido evaluadas como posibles receptores del fulereno C60. Para diseñar estas pinzas se han probado tres estrategias diferentes: (1) cambiar las pinzas de coranuleno por otros buckybowls, (2) reemplazar la unión de tetrabenzociclooctatetraeno por un buckybowl (para este propósito se ha empleado un hexabenzocoroneno con forma de cuenco), (3) añadir grupos metilo en las pinzas para favorecer el desarrollo de contactos C-H···π. De acuerdo con nuestros resultados (realizados con el nivel B97-D2/TZVP) los tres enfoques son efectivos, de tal modo que la combinación de los tres da lugar a buckycatchers con energías de complejación hasta 2.6 veces mayor que la del buckycatcher original, alcanzando casi -100 kcal mol-1.
Por otro lado se ha comprobado que el método más sencillo B97-D2/TZVP//SCC-DFTB-D puede servir como una herramienta de búsqueda rápida para probar nuevas pinzas moleculares. Sin embargo, debido a que esta aproximación no reproduce correctamente la energía de deformación y a que esta energía representa una contribución importante a la energía de complejación total de los complejos, es necesaria una reoptimización posterior con un nivel de cálculo mejor para obtener resultados fiables. Esta reoptimización podría ser innecesaria cuando se estudien buckycatchers de gran rigidez estructural.
En resumen, nuestros cálculos conducen al hecho de que las pinzas moleculares hasta ahora sintetizadas todavía tienen mucho margen de mejora. Algunas posibles estrategias para obtener esta mejora son las que se han analizado aquí, las cuales representan posibilidades muy prometedoras.