Los científicos del Instituto de Tecnología de Tokio (Tokyo Tech) produjeron y caracterizaron de forma exhaustiva moléculas orgánicas novedosas con una estructura helicoidal larga. A diferencia de las moléculas helicoidales anteriores, Estos compuestos más largos exhiben interacciones especiales entre bobinas que podrían dar lugar a interesantes propiedades ópticas y químicas con aplicaciones en polarización de luz. catálisis, y resortes moleculares.

Más a menudo que no, Las moléculas orgánicas con estructuras tridimensionales únicas tienen propiedades fisicoquímicas que no se pueden encontrar en otros tipos de compuestos. Helicenes, cadenas de simples anillos de benceno que adoptan una estructura helicoidal, son un buen ejemplo. Estas moléculas, que se asemejan a un manantial, tienen aplicaciones interesantes en óptica y como sensores químicos o catalizadores. Sin embargo, todavía es difícil sintetizar helicenos largos; el más largo jamás hecho fue de dieciséis anillos de benceno de largo, que equivalía a una estructura helicoidal con algo más de dos vueltas y media completas.

En un estudio reciente publicado en Química:una revista europea , un equipo de científicos de Tokyo Tech mezcló las cosas al sintetizar un tipo diferente de molécula orgánica con una estructura helicoidal. A diferencia de los helicenos, la unidad básica de sus compuestos era el antraceno, una cadena lineal de tres anillos aromáticos. En trabajos anteriores, el equipo había logrado sintetizar [3] HA, que significa "antraceno helicoidal con tres unidades de antraceno". Sin embargo, como el profesor Shinji Toyota, el autor correspondiente del estudio, explica, "[3] HA no fue lo suficientemente largo para alcanzar un giro completo. Por lo tanto, no exhibió algunas de las características peculiares que surgen de las interacciones entre diferentes 'capas' de la estructura helicoidal en una forma cara a cara ".

Usando un proceso paso a paso cuidadosamente planeado, los científicos lograron sintetizar [4] HA y [5] HA, que procedieron a caracterizar a través de una variedad de experimentos respaldados por cálculos teóricos. Verificaron la composición y estructura de los compuestos mediante resonancia magnética nuclear de protones y análisis de rayos X. Estos hallazgos se confirmaron mediante cálculos de la teoría funcional de la densidad, un enfoque ampliamente utilizado para hacer modelos mecánicos cuánticos de estructuras electrónicas y nucleares.

Luego, los investigadores cuantificaron la estabilidad de los diferentes antracenos helicoidales usándolos en una reacción química virtual que los transformó en moléculas planas. Curiosamente, la estabilidad de 3 [HA] fue casi la misma que la de [4] HA y [5] HA. Esto indica que las fuerzas desestabilizadoras que aparecen naturalmente en cadenas moleculares más largas ([4] HA y [5] HA) en realidad se anulan con las nuevas interacciones estabilizadoras cara a cara entre diferentes capas helicoidales. Estas interacciones entre el resto de antraceno en capas se visualizaron mediante análisis de interacción no covalente (NCI). El efecto de estas nuevas interacciones también fue evidente en las propiedades de fotoemisión de las moléculas más largas; sus bandas de emisión tras la excitación duraban más, destacando el hecho de que los estados excitados se conservaron por más tiempo.

Finalmente, los científicos exploraron el proceso de inversión helicoidal en el nuevo, compuestos más largos. Esta inversión se refiere al proceso de cambio de espirales izquierdos en diestros y viceversa. Algunas propiedades ópticas atractivas, como la polarización circular, se pierden si las espirales hacia la izquierda y hacia la derecha están presentes en la misma proporción. Esto motivó al equipo a analizar el proceso paso a paso mediante el cual cada estructura helicoidal cambia de dirección.

En general, este estudio proporciona información muy necesaria sobre un nuevo tipo de molécula helicoidal. Ya mirando hacia adelante Toyota comenta sobre trabajos futuros que involucren estos compuestos emocionantes:"Extender aún más los antracenos helicoidales y producirlos con una sola dirección de enrollado sigue siendo un desafío, y también lo hace la prueba de su desempeño como resortes moleculares. Nuestro equipo está trabajando actualmente para sintetizar moléculas aún más largas y realizar modificaciones estructurales. "¡Solo el tiempo dirá lo que está en la línea de las estructuras helicoidales cuando finalmente surjan las más largas!