Nanorings Descubiertos: Asombrosos Nuevos Bloques de Construcción para la Química.

La nueva estructura molecular en la cual se forman complejos de sándwich en forma de anillo de tamaño nano se llama 'cicloceno'. Crédito: Nature / AOC, KIT

Nuevos compuestos para la Química Organometálica: los complejos de sándwich en forma de anillos se mantienen juntos por su propia energía

Los compuestos de sándwich son compuestos químicos especiales utilizados como bloques de construcción básicos en la Química Organometálica. Hasta ahora, su estructura siempre ha sido lineal. Recientemente, investigadores del Instituto de Tecnología de Karlsruhe (KIT) y de la Universidad de Marburgo fueron los primeros en lograr que los complejos de sándwich apilados formaran un anillo de tamaño nano. Ahora se investigarán más a fondo las propiedades físicas y otras propiedades de estas estructuras de cicloceno.

Los complejos de sándwich fueron desarrollados hace unos 70 años y tienen una estructura similar a un sándwich. Dos anillos orgánicos aromáticos planos (las "rebanadas de pan") están llenos de un solo átomo de metal central en el medio. Al igual que las rebanadas de pan, ambos anillos están dispuestos en paralelo. Agregar más capas de "pan" y "relleno" produce sándwiches triples o múltiples.

"Estos compuestos son algunos de los complejos más importantes utilizados en la química organometálica moderna", dice el profesor Peter Roesky del Instituto de Química Inorgánica de KIT.

Uno de ellos es el ferroceno altamente estable, por el cual sus "padres" Ernst Otto Fischer y Geoffrey Wilkinson recibieron el Premio Nobel de Química en 1973. El ferroceno está compuesto por un ion de hierro y dos anillos orgánicos aromáticos de cinco miembros. Se utiliza en síntesis, catálisis, electroquímica y química de polímeros.

Desde hace algún tiempo, los investigadores de KIT y la Universidad de Marburgo han intentado organizar complejos de sándwich en un anillo. "Hemos logrado producir cadenas, pero no anillos", dice Roesky, quien coordinó el trabajo de tres equipos en las dos universidades.

"Gracias a la elección del 'slices of bread' correcto o al mazo orgánico intermedio, ahora hemos logrado formar anillos de tamaño nano por primera vez", dice el profesor Manfred Kappes, quien dirige la División de Química Física de Sistemas Microscópicos en KIT, y el profesor Florian Weigend, Jefe de la Unidad de Química Cuántica Aplicada de la Universidad de Marburgo.

El nuevo nanoring consta de 18 bloques de construcción y tiene un diámetro externo de 3.8 nanómetros. Dependiendo del metal utilizado como "relleno" del sándwich, se obtiene una fotoluminiscencia de color naranja. Los investigadores llamaron a este nuevo compuesto químico "cicloceno".

Los tres grupos de trabajo realizaron cálculos químicos cuánticos elaborados para descubrir por qué las moléculas podrían organizarse en un anillo y ya no formar una cadena de complejos de sándwich. Estos cálculos revelaron que la fuerza impulsora para la formación del anillo es la energía ganada por el cierre del anillo.

"Nuestro desafío inicial fue formar un anillo. ¿Se pueden producir otros tamaños de anillos? ¿Esta nanoestructura posee propiedades físicas inusuales? Esto será objeto de investigaciones futuras. Pero ahora está claro que hemos agregado un nuevo bloque de construcción a nuestra caja de herramientas de química organometálica. Y esto es genial", dice Roesky.