Reorganització controlada d'un compost basat en ful·lerè (gris), purament governat per les interaccions de tipus van der Waals més febles (dihidrogen) i l'entrada de petites molècules en el seu interior (les molècules d'hidrazina apareixen en blau). Imatge: Scixel.
Cerdanyola del Vallès, 10 de setembre de 2021. En les reaccions químiques, els enllaços que uneixen els àtoms entre si es trenquen i es creen per formar nous compostos. Existeixen a més altres tipus d'interaccions, les forces dèbils de van der Waals, que poden jugar un paper essencial en les reaccions químiques, en la velocitat o selectivitat de les reaccions. Controlar aquestes subtils forces en els processos de reorganització molecular, mitjançant l'aplicació d'un estímul tèrmic o químic, és una de les metes perseguides dins el camp de la Química Supramolecular.
En un estudi publicat a la revista Chemical Science investigadors d'IMDEA Nanociència i de la Universitat de Barcelona, liderats pel Dr. José Sanchez Costa, proposen una nova estratègia de síntesi basada en el control de la reorganització d'un compost de ful·lerè, purament governat per les forces van der Waals més febles: l'enllaç de dihidrogen.
Pels autors, aquest treball té dues característiques destacades que ho fan particularment original. En primer lloc, avança de manera significativa en el coneixement sobre l'enllaç de dihidrogen, també anomenat "dits enganxosos" o "sticky fingers" en anglès; un tipus d'interaccions cumulatives que es troben a la natura i són responsables que, per exemple, els geckos puguin pujar per les parets "pegant" les seves potes a la superfície o de les interaccions en les capes lipídiques de les cèl·lules. En segon lloc, la transformació del conjunt del material és controlable. L'aplicació d'una pertorbació externa permet modificar el caràcter de les interaccions i de fer passar el sistema d'una fase a una altra. Cada fase del material interacciona de maneres diferents amb molècules externes que passen a través dels "dits enganxosos" i donen lloc a reaccions diferents dins d'un mateix material.
En concret, la reorganització supramolecular es va controlar de manera selectiva mitjançant un estímul extern: l'exposició del vidre a vapors d'hidrazina (N2H4). Depenent de la fase del material, la hidrazina s'hidrogena la bola de l'C60 en major o menor mesura. A més, el monitoratge de la reacció mitjançant la difracció de vidre únic permetre l'observació directa dels moviments moleculars a la xarxa i la posterior reacció d'hidrogenació. Aquesta reacció ve també acompanyada d'un canvi de color dels vidres de taronja a groc. La línia de llum XALOC del sincrotró ALBA, dedicada a la cristal·lografia de proteïnes, de MOF i de macromolècules en general, ha estat instrumental en analitzar els cristalls del material descrit a l'article.
"Aquests materials podrien tenir potencial aplicació en l'emmagatzematge d'hidrogen."
Separar les diferents contribucions supramoleculars claus en l'estabilitat de sistemes 3D és encara un repte. Per això, l'habilitat dels autors per a dictar la reorganització de forma controlada, separant les contribucions supramoleculars, satisfà una meta aspirada per la química supramolecular, i ajuda a entendre la naturalesa intrínseca del conjunt supramolecular, així com la seva reactivitat química.
L'estudi és un resultat del grup de "Switchable Nanomaterials" d'IMDEA Nanociència, liderat pel Dr. José Sánchez Costa, en col·laboració amb el grup de Prof. Nazario Martín a la Universitat Complutense de Madrid, i Carolina Sañudo (Universitat de Barcelona), i ha estat cofinançat pel segell Centre d'Excel·lència Severo Ochoa concedit a IMDEA Nanociència el 2017.
Referència: E. Fernandez-Bartolomé, A. Gamonal et al. Playing with the weakest supramolecular interactions in a 3D crystalline hexakis[60]fullerene induces control over hydrogenation selectivity. Chem. Sci. 2021. DOI: 10.1039/D1SC00981H
Enllaç a la notícia original: https://www.nanociencia.imdea.org/es/imdea-nanociencia/noticias/item/playing-with-the-weakest-supramolecular-interactions-in-a-fullerene-compound
