Construcción de nanoestructuras orgánicas mediante reacciones de cicloadición

Resumen

La síntesis y caracterización de nanoestructuras basadas en el carbono con aplicaciones electrónicas como el grafeno, nanotubos de carbono o compuestos policíclicos aromáticos (PACs), representan uno de los mayores retos de las investigaciones actuales. El trabajo de esta Tesis Doctoral se ha centrado en la construcción de nanoestructuras orgánicas mediante reacciones de cicloadición. En la búsqueda de métodos eficientes de síntesis de estos compuestos, una primera parte de este trabajo se centró en el estudio de las reacciones de cicloadición en cascada de furanos con arinos y especies relacionadas, como método de síntesis de compuestos policíclicos peri-fusionados con potenciales aplicaciones tecnológicas. En primer lugar, se desarrollaron varios métodos de síntesis de oligómeros de furano mediante métodos de acoplamiento cruzado catalizados por metales de transición. Una vez preparados los diferentes oligofuranos, se estudió su reactividad en las cicloadiciones en cascada con diferentes alquinos, arinos y 1,3-dipolos, estudiando su quimio, regio y estereoselectividad. La aromatización posterior de los aductos derivados de las cicloadiciones en cascada, condujo a la obtención de una nueva familia de derivados del perileno. Con objeto de evaluar el potencial de estos compuestos como materiales electrónicos, se analizaron distintos parámetros de interés como las energías de los orbitales frontera, la estabilidad cinética en condiciones atmosféricas y su empaquetamiento en estado sólido. Además, se estudió el comportamiento como semiconductor orgánico de algunos de los poliarenos obtenidos mediante la fabricación y caracterización de transistores orgánicos de efecto de campo (OFETs). Una segunda parte se ha centrado en la funcionalización de nanotubos de carbono de pared simple (SWCNTs) mediante reacciones de cicloadición con distintos arinos. Investigadores de la NASA han sugerido que los nanotubos de carbono funcionalizados con arinos podrían emplearse como engranajes moleculares. Inicialmente, se optimizó la funcionalización de nanotubos de carbono con bencino utilizando diferentes métodos de generación: mediante descomposición térmica de la correspondiente sal de diazonio, y mediante la descomposición del triflato de o-(trimetilsilil)fenilo inducida por iones fluoruro. Este último método permitió obtener una mejor funcionalización y el uso de otros precursores de arino. Todos los nanotubos funcionalizados fueron caracterizados por espectroscopía Raman, espectroscopía fotoelectrónica de rayos X (XPS), análisis termogravimétrico (TGA), espectroscopía de infrarrojos por transformada de Fourier (FTIR) y microscopía de transmisión electrónica de alta resolución (HR-TEM).