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Bloques de construcción a base de boro para estructurar moléculas a nanoescala

Diversas estructuras químicas porosas complejas resultan muy útiles en procesos de separación y almacenamiento de gas. Un grupo de científicos ha desarrollado una clase innovadora de bloques de construcción que han demostrado su utilidad para dichas estructuras.
Bloques de construcción a base de boro para estructurar moléculas a nanoescala
Las estructuras porosas grandes, cada vez más presentes en numerosas aplicaciones industriales, constan de entidades supramoleculares compuestas de dos o más moléculas y de marcos metalorgánicos (MOF), los cuales a su vez establecen una interacción tridimensional (3D) de tipo reticular con las juntas metálicas, las uniones orgánicas y la gran cantidad de huecos que existen entre estas. La síntesis de estas estructuras supramoleculares depende de unos bloques de construcción química entre los que se incluyen las jaulas y los macrociclos orgánicos, los cuáles son compuestos que integran estructuras anulares muy grandes.

Los bloques de construcción de los macrociclos o jaulas pueden formar estructuras porosas durante la retirada de las moléculas de disolución residual, así como redes poliméricas autoensambladas de 2D y 3D. El método sintético clásico se basa en metales de transición. Un grupo de científicos puso en marcha el proyecto BOROMAT con el objetivo de diseñar y sintetizar nuevos tipos de bloques de construcción a base de boro (B) y de otros elementos ligeros cuya densidad es mucho menor que la de los metales de transición, lo que redunda en ventajas intrínsecas para su aplicación en procesos como el almacenamiento de gas.

Se sintetizaron macrociclos orgánicos innovadores, compuestos de anillos borosiloxanos funcionalizados, para utilizarlos posteriormente como bloques de construcción en estructuras más complejas asociadas a las reacciones de policondensación. Además, mediante la utilización de la síntesis mecanoquímica, los macrociclos producidos proporcionaron unos resultados mejores que los obtenidos a través de los métodos convencionales basados en soluciones químicas. La síntesis mecanoquímica es una forma novedosa de facilitar las reacciones mediante un proceso de trituración en un molino de bolas sin la presencia de disolventes.

Las estructuras a base de boro, como los ligandos de quelación, se unen a un ion metálico (complejos de clatroquelados) formando bloques de construcción muy estables y eficaces compuestos por estructuras supramoleculares y MOF. Los científicos de este proyecto sintetizaron nuevas unidades de ligandos con base de ácido borónico piridino y la característica singular de tener una carga negativa (aniónica). Las unidades de ligandos se emplearon junto con iones metálicos en procesos de autoensamblaje de estructuras supramoleculares.

Al final del proyecto, los investigadores habían demostrado con éxito la síntesis de los macrociclos a base de boro y otras estructuras formadas mediante el autoensamblaje de múltiples componentes a través de la condensación de los ácidos borónicos con otras moléculas. El proyecto BOROMAT ha corroborado que es viable producir estructuras supramoleculares innovadoras, tan importantes para los sectores productivos. Más concretamente, las estructuras porosas a base de boro deberían poder aplicarse fácilmente en los procesos de almacenamiento de gas.

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