Un traballo do grupo de investigación do CiQUS liderado polo Profesor Jesús Rodríguez Otero foi seleccionado como portada do último número da revista Physical Chemistry Chemical Physics, da Royal Society of Chemistry (RSC). O artigo (Phys. Chem. Chem. Phys., 2015, 17, 6233-6241) propón, usando as ferramentas da química computacional, como deseñar receptores cóncavos para o recoñecemento de fulerenos.
Case 30 anos despois do seu descubrimento, os fulerenos seguen atraendo a atención de moitos investigadores en todo o mundo debido ás súas propiedades únicas e as súas aplicacións nunha ampla gama de campos como a ciencia de materiais ou a medicina. Hoxe en día, un dos campos máis activos na química de fulerenos é a busca de receptores moleculares capaces de formar complexos estables con eles. Estes receptores non só son útiles para illar fulerenos da feluxe, senón tamén para o desenvolvemento de novos materiais para a conversión de enerxía solar, a optoelectrónica, a catálise ou o desenvolvemento de interruptores moleculares.
Dado que as forzas de dispersión son predominantes na estabilización dos complexos de fulereno, unha estratexia clave para o deseño de novos receptores moleculares é facer uso da complementariedade cóncavo-convexa para maximizar estas forzas. Non obstante, os exemplos de receptores de fulereno cóncavos son relativamente escasos, xa que as moléculas curvadas non son sempre un obxectivo sintético doado, debido ás súas estruturas tensionadas. Neste contexto, os hidrocarburos aromáticos policíclicos en forma de cunca, comunmente coñecidos como buckybowls ou fragmentos de fulereno, parecen moi prometedores; varios buckybowls foron sintetizados nos últimos anos, sendo a súa superficie cóncava moi axeitada para a súa colocación sobre a superficie convexa dos fulerenos a través de interaccións ··· de tipo cóncavo-convexo "ball-and-socket". Nos últimos anos, o grupo do profesor Rodríguez Otero dedicouse ao estudo das interaccións cóncavo-convexo entre buckybowls e fulerenos co fin de atopar os factores que maximizan as súas interaccións.
Neste traballo, unha serie de buckybowls con diferentes tamaños e estruturas foron avaliados como posibles receptores dos fulerenos C60, C70 y C40. Entre estas cuncas están o coranuleno (C20H10), o sumaneno (C21H12), o pinakene (C28H14), o hemifulereno (C30H12), o circumtrindeno (C36H12), o pentaindenocoranuleno (C50H20) e derivados do hexabenzocoroneno con forma de cunca. Os investigadores levaron a cabo un estudo exhaustivo, tendo en conta as diferentes orientacións dos fulerenos, co fin de obter a disposición máis favorable para a interacción coas cuncas.
Segundo os cálculos do grupo (realizados co nivel B97-D2/TZVP), a dispersión xoga un papel crucial na enerxía de interacción nestes complexos: é responsable da unión neles, e mostra unha excelente correlación coa enerxía de interacción (as mínimas desviacións pódense explicar mediante unha análise cualitativa baseada na contribución dos efectos electrostáticos á enerxía de interacción). Como era de esperar, un aumento na enerxía de dispersión garda unha boa correlación cun aumento no tamaño da cunca.
Non obstante, hai algunhas desviacións substanciais que poden atribuírse á forma da devandita cunca. Deste xeito, os compostos cuxa estrutura posúe "aletas" no bordo da cunca mostran unha maior capacidade para interactuar cos fulerenos: polo tanto, semella que a adición destas aletas no bordo da cunca mediante benzannelation revelouse como unha estratexia efectiva para aumentar a interacción cos fulerenos, proporcionando a suficiente flexibilidade para estender a superficie de contacto con todo o fulereno. En consecuencia, un derivado do hexabenzocoroneno con forma de cunca (C72H24) mostrou a mellor capacidade entre os buckybowls avaliados para a captura dos tres fulerenos. Cómpre salientar que, para a interacción con C60, a enerxía de interacción obtida é o triplo da correspondente ao buckybowl prototípico, o coranuleno; pola contra, canto máis ríxida e compacta sexa a estrutura dun buckybowl, menor é a súa capacidade para interactuar cos fulerenos.
O traballo salienta tamén que as enerxías de interacción dos complexos con C70 só mostran un pequeno aumento con respecto aos obtidos conC60. Pola contra, os complexos con C40 mostran unha diminución significativa nas súas enerxías de interacción, con diferenzas o suficientemente grandes como para permitir a súa separación selectiva de mesturas de fulerenos con C60 y C70.