Se espera que los carbohelicenos π extendidos 3D de orden superior (un tipo de helicina) sean excelentes emisores de CPL debido a su alta polarización circular, brillo y estabilidad. Sin embargo, estas propiedades excepcionales de los carbohelicenos no pueden explotarse por completo debido a su estructura altamente distorsionada, lo que dificulta tanto su síntesis como su enantiocontrol (el control de la composición enantiomérica o la cantidad de versión diestra o zurda de una molécula producida en un reacción.

Para garantizar que se pueda acceder a toda la gama de propiedades de los carbohelicenos para su aplicación, un equipo de investigadores dirigido por el profesor Ken Tanaka del Instituto de Tecnología de Tokio ideó recientemente una nueva estrategia que facilitó la síntesis enantioselectiva de carbo extendido π tridimensional[11] y [ 13]helicenos para los emisores CPL y su síntesis enantioselectiva con distorsiones reducidas.

En su estudio de 2022, el equipo informó sobre la síntesis enantioselectiva catalizada por Rh de un carbo[6]heliceno a base de hexabenzocoroneno mediante cicloadición [2+2+2] intramolecular de un triino seguida de una extensión π mediante la reacción de Scholl. P>

"Observamos que, aunque este proceso superó los inconvenientes de los procesos de síntesis convencionales, como reacciones de reordenamiento no deseadas y baja regioselectividad, desafortunadamente, la distorsión molecular seguía siendo bastante alta. Aprendiendo de esas observaciones, diseñamos una estrategia para superar las altas distorsiones y mejorar las emisiones de CPL", explica Tanaka.

Para esta Síntesis de la Naturaleza En el estudio, el equipo llevó a cabo una síntesis enantioselectiva de carbo[11] y [13]helicenos con una proporción enantiomérica de 87:13 y superó las altas distorsiones combinando la síntesis enantioselectiva de carbo[5] y [6]helicenos con triple [2+ 2+2] cicloadición, a la que siguió la π-extensión/reducción del diámetro de la hélice mediante la reacción de Scholl.

La principal ventaja del proceso de construcción por pasos de una columna vertebral de carboheliceno extendido en π 3D totalmente ortofusionado es que supera los inconvenientes asociados tanto con la cicloadición enantioselectiva [2+2+2] como con la reacción de Scholl.

Para explorar las propiedades del material sintetizado, el equipo llevó a cabo análisis cristalográficos de rayos X, que revelaron que los carbo[11] y [13]helicenos 3D extendidos en π con estructuras moleculares rígidas eran conglomerados que favorecían la cristalización preferencial. Además, las fuerzas moleculares más frecuentes entre las capas de carboheliceno fueron las interacciones de van der Waals.

Al probar las propiedades fotofísicas de los carbo[11] y [13]helicenos π-extendidos sintetizados, el equipo descubrió que el brillo del CPL alcanzaba un máximo de 513 M ^–1 centímetros ^–1 , uno de los valores más altos entre los derivados de heliceno reportados en la literatura.

En general, este nuevo enfoque de diseño molecular y síntesis enantioselectiva puede proporcionar una base sólida para una mayor investigación y desarrollo de carbohelicenos de alto rendimiento para los emisores de CPL del futuro.

"Nuestro estudio ha abierto nuevas vías para la producción y adopción de emisores CPL basados ​​en moléculas orgánicas quirales, con aplicaciones que van desde pantallas digitales de última generación hasta redes de comunicación eficientes y avances biotecnológicos esenciales", concluye Tanaka.