Las nanopartículas (que tienen tamaños que oscilan entre 3 y 500 nm) y los subnanoclusters (que tienen alrededor de 1 nm de diámetro) se utilizan en muchos campos, como la medicina, la robótica, la ciencia de los materiales y la ingeniería. Su pequeño tamaño y su gran relación superficie-volumen les confieren propiedades únicas, lo que las hace valiosas en una variedad de aplicaciones, que van desde el control de la contaminación hasta la síntesis química.

Recientemente, los cuasi-sub-nanomateriales, que tienen una escala de aproximadamente 1 a 3 nm, han llamado la atención porque tienen una naturaleza dual:pueden considerarse nanopartículas, así como moléculas inorgánicas. Es comprensible que controlar el número de átomos en un cuasi-sub-nanomaterial podría ser de gran valor. Sin embargo, sintetizar estructuras moleculares tan precisas es un desafío técnico, pero los científicos de Tokyo Tech ciertamente estaban preparados para este desafío.

Los dendrones, estructuras moleculares altamente ramificadas que consisten en iminas básicas, se han sugerido como precursores para la síntesis precisa de cuasi-sub-nanomateriales con el número deseado de átomos. Las iminas en los dendrones funcionan como un andamio que puede formar complejos con ciertas sales metálicas ácidas, acumulando metales en la estructura del dendrón. Estos, a su vez, pueden reducirse a sub-nanoclusters metálicos con el número deseado de átomos. Sin embargo, sintetizar dendrones con una alta proporción de iminas es un proceso costoso y de bajo rendimiento.

Ahora, en un estudio publicado en Angewandte Chemie , los investigadores explican cómo han combinado múltiples estructuras dendrímeras para formar una cápsula supramolecular compuesta por más de 60 iminas. "La síntesis de supramoléculas ensambladas por dendrones se logró conectando unidades centrales internas y unidades dendrones externas, que determinan la estructura central y las ramas terminales, respectivamente", explica el profesor asistente Takamasa Tsukamoto, quien participó en el estudio. La estructura interna de esta supramolécula contenía un núcleo de seis puntas con tritilio ácido, mientras que cada unidad externa contenía dendrones con iminas. La interacción entre el núcleo ácido y la estructura externa básica resultó en un complejo orgánico autoensamblado.

Además, se descubrió que las iminas se coacumulaban con sales de rodio de manera que las iminas más internas formaban un complejo con unidades de tritilio mientras que las más externas estaban pobladas con sales de rodio. La supramolécula resultante, que tenía una unidad central interna rodeada por seis unidades dendrones externas (cada una con 14 sales de rodio en las iminas externas), se condensó con éxito en grupos que contenían 84 átomos de rodio con un tamaño de 1,5 nm.

Al unir dendrones que contienen imina a un núcleo ácido, los investigadores construyeron una plantilla supramolecular para la síntesis de cuasi-sub-nanomateriales. Además, dado que las iminas pueden formar complejos con una amplia gama de unidades catiónicas, el método puede usarse para sintetizar una variedad de estructuras supramoleculares. Debido a su versatilidad, simplicidad y rentabilidad, el método puede ser una piedra angular para el desarrollo de nuevos nanomateriales. "Este enfoque novedoso para obtener cuasi-subnanomateriales definidos por atomicidad sin las limitaciones de los métodos convencionales tiene el potencial de desempeñar un papel importante en la exploración de las últimas fronteras de los nanomateriales", dice el profesor Tsukamoto. De hecho, este puede ser un paso "pequeño" para Tokyo Tech, pero un paso "gigante" para la nanociencia. + Explora más

El catalizador bimetálico ayuda a sintetizar iminas sintonizables y aminas secundarias