Modelado molecular en química supramolecular, materiales bidimensionales y su aplicación en catálisis
Lugar: salón de actos, IMDEA Nanociencia.
Resumen:
El modelado molecular desempeña un papel crucial en la investigación de la Química supramolecular, el desarrollo de nuevos materiales bidimensionales (2D) y en la optimización de procesos catalíticos homogéneos y heterogéneos. Esta disciplina permite a los científicos modelar y comprender las interacciones no covalentes, como los enlaces de hidrógeno en sistemas supramoleculares complejos, lo que es esencial para diseñar nuevas estructuras y materiales con propiedades únicas. Un ejemplo de esto es la dimerización de amidas e imidas, cuya diferencia en la asociación fue correlacionada con la acidez de los hidrógenos y la basicidad de los grupos aceptores, generando un modelo lineal que predice satisfactoriamente la magnitud de la asociación (Chem. Sci. 2018, 9, 4402), incluso en sistemas formados por tres enlaces de hidrógeno como los presentes en el ADN (Chem. Commun, 2019, 55, 1556).
Las interacciones no covalentes, también están presentes en el desarrollo de nuevos materiales 2D. Por ejemplo, las heteroestructuras formadas por grafeno y fosforeno, exhiben una gran afinidad por los átomos de litio y, a su vez, facilitan su difusión sobre la superficie del material (J. Mol. Model. 2020, 26, 204). Además, el estudio de formas alotrópicas bidimensionales de carbono, silicio, fosforo y estaño, así como su interacción con átomos de litio, sodio y magnesio (J. Mol. Model. 2022, 28, 22), son estudios prometedores que pueden ser el punto de partida del desarrollo de nuevos materiales para el almacenamiento de energía.
Finalmente, una descripción químico-cuántica adecuada de las interacciones no covalentes en los estados de transición de un mecanismo de reacción de un proceso catalítico, es de vital importancia para diseñar nuevos catalizadores. Tal es el caso de un organocatalizador tipo tiourea, el cual fue diseñado a través del análisis de las interacciones presentes en el complejo activado de la etapa limitante de la reacción de adición de Michael en un medio homogéneo (Catal. Sci. Technol. 2017, 7, 4470). Este razonamiento también se ha extendido a organocatalizadores tipo escuaramida (Org. Chem. Front., 2021, 8, 3217). Ahora, si consideramos a los materiales 2D como catalizadores de una reacción específica, estaríamos hablando de una catálisis heterogénea. Un ejemplo de ello es la captura y reducción de dióxido de carbono catalizada por materiales 2D, tales como, siliceno mono- y bilaminar (Phys. Chem. Chem. Phys., 2023, 25, 15287), así como nuevas formas alotrópicas de silicio y grafeno dopado con silicio (Phys. Chem. Chem. Phys., 2023, 25, 25862).
Estos son algunos ejemplos del impacto que tiene la Química computacional en la síntesis de nuevos materiales relacionados con los sectores energético, ambiental, entre muchos otros.