Los compuestos sándwich son compuestos químicos especiales que se utilizan como componentes básicos en la química organometálica. Hasta ahora, su estructura siempre ha sido lineal.
Recientemente, investigadores del Instituto Tecnológico de Karlsruhe (KIT) y de la Universidad de Marburg fueron los primeros en hacer que complejos tipo sándwich apilados formen un anillo de tamaño nanométrico. Ahora se investigarán más a fondo las propiedades físicas y de otro tipo de estas estructuras del cicloceno. Los investigadores informan sus hallazgos en Nature .
Los complejos sándwich se desarrollaron hace unos 70 años y tienen una estructura tipo sándwich. Dos anillos orgánicos aromáticos planos (las "rebanadas de pan") están llenos de un único átomo metálico 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 se encuentran entre los complejos más importantes utilizados en la química organometálica moderna", afirma el profesor Peter Roesky del Instituto de Química Inorgánica del KIT. Uno de ellos es el ferroceno, de gran estabilidad, por el que sus "padres" Ernst Otto Fischer y Geoffrey Wilkinson recibieron el Premio Nobel de Química en 1973. El ferroceno está formado por un ión de hierro y dos anillos orgánicos aromáticos de cinco miembros. Se utiliza en síntesis, catálisis, electroquímica y química de polímeros.
Desde hace algún tiempo, investigadores del KIT y de la Universidad de Marburg intentan disponer complejos tipo sándwich en un anillo. "Logramos producir cadenas, pero no anillos", afirma Roesky, que coordinó el trabajo de tres equipos en ambas universidades. "Gracias a la elección adecuada de la 'rebanada de pan' o de la plataforma intermedia orgánica, hemos conseguido formar por primera vez anillos de tamaño nanométrico", afirma el profesor Manfred Kappes, director de la división de química física de sistemas microscópicos de la Universidad de Viena. KIT, y el profesor Florian Weigend, jefe de la Unidad de Química Cuántica Aplicada de la Universidad de Marburg.
El nuevo nanoring consta de 18 bloques de construcción y tiene un diámetro exterior de 3,8 nanómetros. Dependiendo del metal utilizado como "relleno" del sándwich, se obtiene una fotoluminiscencia de color naranja. Los investigadores llamaron al nuevo compuesto químico "cicloceno".
Los tres grupos de trabajo llevaron a cabo complejos cálculos químicos cuánticos para descubrir por qué las moléculas podían disponerse en un anillo y ya no formaban una cadena de complejos tipo sándwich. Estos cálculos revelaron que la fuerza impulsora para la formación del anillo es la energía obtenida al cerrar el anillo.
"Nuestro desafío inicialmente era formar un anillo. ¿Se pueden producir otros tamaños de anillo? ¿Esta nanoestructura posee propiedades físicas inusuales? Esto será objeto de más investigaciones. Pero ahora está claro que hemos agregado un nuevo componente básico a nuestra caja de herramientas de química organometálica y esto es fantástico", afirma Roesky.
Más información: Luca Münzfeld et al, Síntesis y propiedades de compuestos sándwich cíclicos, Naturaleza (2023). DOI:10.1038/s41586-023-06192-4
Información de la revista: Naturaleza
Proporcionado por el Instituto Tecnológico de Karlsruhe
