Investigadores del Instituto de Tecnología de Tokio, la Universidad de Cambridge, y la Universidad de Copenhague han construido una nanocaja autoensamblada con un nanoespacio muy inusual:sus paredes están hechas de moléculas antiaromáticas, que generalmente se consideran demasiado inestables para trabajar. Al anular las suposiciones sobre los límites de la ingeniería nanoquímica, el estudio crea un nanoespacio completamente nuevo para que los científicos lo exploren. Las cavidades del tamaño de un nanómetro ya están encontrando una variedad de aplicaciones útiles en química, medicina y ciencias ambientales.

Científicos como Masahiro Yamashina del Instituto de Tecnología de Tokio (JSPS Overseas Research Fellow, en ese momento) y Jonathan R. Nitschke de la Universidad de Cambridge, reportando su trabajo en la revista Naturaleza , describen la construcción de un nuevo tipo de nanoespacio dentro de "una jaula autoensamblada compuesta por cuatro iones metálicos con seis paredes antiaromáticas idénticas".

Hasta ahora, muchos equipos han desarrollado nanojaulas con paredes aromáticas, pero ninguno con compuestos antiaromáticos, debido a los desafíos que plantea su inestabilidad inherente. La aromaticidad se refiere a una propiedad de los compuestos orgánicos en forma de anillo que los hace altamente estables, mientras que la antiaromaticidad describe compuestos que son mucho más reactivos, debido a una diferencia en el número de los llamados electrones π compartidos por el anillo.

La búsqueda del equipo de un bloque de construcción adecuado para su nanojaula los llevó a un estudio de 2012 realizado por Hiroshi Shinokubo y sus compañeros de trabajo en Japón. Este estudio informó la síntesis de un inusualmente estable, compuesto antiaromático a base de níquel llamado norcorrole. Luego, basándose en la experiencia de Jonathan R. Nitschke y su grupo en el autoensamblaje de subcomponentes, el equipo logró construir una jaula de tres nanómetros de diámetro con un esqueleto de norcorrole.

Para investigar el grado de antiaromacidad dentro de la jaula, el equipo realizó cálculos de desplazamiento químico independiente del núcleo (NICS). Los resultados indicaron que los paneles de norcorrole parecen trabajar juntos para mejorar la antiaromacidad. El valor NICS fue constantemente alto en la parte central de la jaula, sugiriendo que los paneles se refuercen entre sí.

El entorno único dentro de la jaula se probó aún más encapsulando una serie de moléculas invitadas, comenzando con coroneno que ya ha sido encapsulado dentro de la jaula aromática.

Los investigadores plantearon la hipótesis de que cuando se exponen a un campo magnético externo, Las moléculas invitadas en una jaula de paredes aromáticas experimentarían un efecto protector, mientras que aquellos en una jaula con paredes antiaromáticas experimentarían un efecto de desprotección.

Como predice la teoría, Los análisis de espectroscopía de resonancia magnética nuclear (RMN) revelaron un efecto de desprotección atribuible a las paredes antiaromáticas.

Todas las moléculas invitadas probadas en el estudio mostraron un cambio químico significativo en el campo, un indicador del grado de deshielding. Las diferencias de turno oscilaron entre 0,7 y 14,9 partes por millón. De estos, un nanocinturón de carbono mostró el mayor grado de desplazamiento campo abajo observado hasta ahora como resultado de un entorno antiaromático.

La jaula puede considerarse como un nuevo tipo de reactivo de desplazamiento de RMN, los investigadores dicen, lo que significa que podría ser una herramienta útil para el análisis estructural, es decir, para interpretar las mejores estructuras de compuestos orgánicos.

El trabajo futuro se centrará en investigar la reactividad química dentro del nanoespacio.