Anfífilos Bent-Core: una estrategia versátil para la obtención de materiales supramoleculares.

La Tesis Doctoral "Anfífilos bent-core: una estrategia versátil para la obtención de materiales supramoleculares" se enmarca dentro del campo de la Química Supramolecular.Dentro de la multitud de diseños moleculares que son capaces de formar organizaciones supramoleculares en la escala nanométrica, el presente trabajo de investigación se ha centrado en un tipo de compuestos orgánicos que se caracterizan por su estructura curvada y que han expandido el ámbito de los cristales líquidos. Se conocen como moléculas de tipo bent-core y son las responsables del descubrimiento de la última familia de mesofases, distinguidas por su empaquetamiento compacto, con orden polar, así como por su posibilidad de inducir quiralidad supramolecular, respuesta óptica no lineal y comportamiento ferro y antiferroeléctrico utilizando moléculas no quirales, todo ello como consecuencia de su particular geometría molecular.Las interacciones no covalentes responsables de la formación de las fases cristal líquido también se manifiestan en presencia de disolventes, lo cual ofrece nuevas oportunidades de organización de estas moléculas y, en consecuencia, de acceder a otros sistemas supramoleculares, como los autoensamblados en dispersión o los geles físicos.En ese contexto, esta Tesis Doctoral tiene como objetivo fundamental analizar la versatilidad de moléculas anfifílicas de tipo bent-core de autoorganizarse para dar lugar a materiales supramoleculares. En concreto, el estudio se ha enfocado en la capacidad de estos diseños de inducir fases cristal líquido termótropas y liótropas, autoensamblados en dispersión acuosa y geles físicos, así como en establecer relaciones entre estos sistemas supramoleculares, tratando de discernir si el empaquetamiento compacto característico de las moléculas bent-core se manifiesta en todos los materiales.Para la consecución de estos objetivos, en esta Tesis Doctoral se han sintetizado dos familias de moléculas tipo bent-core anfifílicas: por un lado, dendrímeros iónicos de poli(propilen imina) funcionalizados con unidades bent-core en la periferia; por otro, estructuras bent-core unidas covalentemente a cadenas de etilenglicol.La Tesis se estructura en 4 capítulos. El primero de ellos está dedicado a la formación de fases cristal líquido y autoensamblados en dispersión a partir de dendrímeros iónicos bent-core. El segundo capítulo se enfoca en la preparación de nanomateriales basados en dendrímeros bent-core empleando un reactor de microfluídica. El tercer capítulo hace referencia la preparación de fases cristal líquido y geles físicos a partir de anfífilos oxietilénicos bent-core. Por último, el cuarto capítulo está dedicado a la obtención de fases liótropas en agua basadas en anfífilos oxietilénicos bent-core.Esta Tesis Doctoral ha permitido comprobar la versatilidad de los diseños bent-core anfifílicos para la obtención de materiales supramoleculares en los cuales se manifiesta el orden característico de las mesofases termótropas. <br /

Organizaciones supramoleculares de estructuras tipo "bent-core" quirales: Preparación y caracterización

La geometría angular tan característica de las estructuras tipo “bent-core” (EBC) y su empaquetamiento tan compacto, han aportado al campo de los materiales mesógenos funcionales propiedades singulares como la polarización macroscópica neta o la quiralidad supramolecular. Aunque estas EBC por sí mismas, tienen un gran interés en el campo de los cristales líquidos termótropos, recientemente, se ha comprobado que diseños moleculares adecuados de estas estructuras son capaces de generar organizaciones supramoleculares en un disolvente con morfologías variadas. Por lo tanto, este trabajo se ha centrado en la síntesis de EBC con una estructura química adecuada para conseguir la inducción y un control de la morfología y helicidad de dichos agregados supramoleculares. Se han sintetizado dos dendrones de 1ª generación del ácido 2,2-bis(hidroximetil)propiónico (bis-MPA) oxietilénicos utilizando un derivado de Tetraetilenglicol como EHF, que se diferencian en la CE: quiral para TEG-BF-4-8* y aquiral para TEG-BF-4-8. Además se ha sintetizado un nuevo dendrímero iónico PPI-BY-4-10, cuya estructura EHF es derivada de polipropilenimina de 1ª generación, y un bifenilo en EL. Y se han preparado agregados supramoleculares en disolventes. Se ha utilizado TEM para estudiar la morfología de los agregados supramoleculares en agua del dendrímero iónico, y en dodecano de los dendrones oxietilénicos. Este estudio ha demostrado que los dendrímeros anfífilos preparados se autoensamblan formando agregados supramoleculares fibrilares y/o tubulares en estos disolventes, en función de la estructura molecular

Síntesis, caracterización y preparación de materiales orgánicos mediante química covalente y química supramolecular.

Este trabajo se centra en moléculas tipo bent-core, caracterizadas por su estructura angular marcada, esta permite empaquetamientos compactos, así como organizaciones polares. Recientemente estos compuestos se han estudiado por su capacidad dual de formar fases cristal líquido termótropo y geles físicos. Se han sintetizado tres moléculas tipo bent-core anfífilas con tres conexiones distintas en la estructura bent-core, siendo derivado de ester (TEG-B1-10-14), de bifenilo (TEG-Bi-10-14) y de azobenceno (TEG-Bazo-10-14), compuestas por una parte hidrófoba que es la estructura bent-core (Bx-10-14) y una parte hidrófila formada por una cadena de 4 unidades oxetilénicas (TEG), así como sus derivados litiados. La síntesis de estas moléculas se ha realizado mediante química covalente, utilizando rutas sintéticas multi-etapa, adaptadas de trabajos previos. El diseño de estas moléculas pretende establecer un estudio comparativo con moléculas estudiadas previamente en el grupo CLIP (Tesis doctoral de Martín Castillo Vallés), para comprobar si la separación entre la estructura bent-core y la unidad de TEG, desacopla los dos bloques moleculares significativamente diferentes y condiciona el empaquetamiento supramolecular, tanto en cristal líquido como en gelificación. Los resultados obtenidos han mostrado una clara influencia en la estabilización de las organizaciones en la fase cristalina, así como propiedades gelificantes y morfologías análogas a las estructuras sin espaciador.<br /

Diseño y desarrollo de sesiones de laboratorio avanzadas en el ámbito de la Química Orgánica

El objetivo de este Trabajo de Fin de Grado es la propuesta de sesiones de laboratorio o seminario para asignaturas del Grado de Química de cuarto curso o estudios superiores, como por ejemplo el Máster de Química Molecular y Catálisis Homogénea, todas ellas en el ámbito de la Química Orgánica.El primer paso ha consistido en una búsqueda bibliográfica en la revista Journal of Chemical Education de la American Chemical Society, dedicada a la docencia, y a continuación se ha realizado un proceso de selección de varios experimentos, de tal manera que los elegidos fueran adecuados a los contenidos estudiados en dichas asignaturas y teniendo en cuenta todos los aspectos necesarios (reactivos, condiciones, precauciones y cuestiones de seguridad). Una vez seleccionados, se llevaron a cabo en el laboratorio. Realizamos ligeras modificaciones, siempre pensando en las mejoras para el alumno, y una caracterización completa de cada uno de los compuestos que intervienen en cada experimento.Tras desarrollar los experimentos, se ha elaborado todo el material docente necesario para llevar a cabo estas prácticas, guiones aptos tanto para alumnos como profesores y cuestiones previas o posteriores a las sesiones.Los experimentos podrán ser incorporados como sesiones prácticas o podrán ser propuestos en forma de seminario.<br /

Síntesis, preparación y caracterización de materiales supramoleculares basados en estructuras de tipo bent-core anfifílicas

La geometría angular de las moléculas de tipo bent-core ha aportado al campo de los materiales cristal líquido propiedades singulares como obtener orden polar o la posibilidad de inducir quiralidad supramolecular a partir de moléculas aquirales. Aunque los cristales líquidos tienen un gran interés como materiales termótropos, se ha demostrado recientemente que moléculas de tipo bent-core, con un diseño molecular adecuado, son capaces de formar sistemas supramoleculares en distintos disolventes, tales como los agregados y los geles. En la última década ha surgido una tecnología novedosa basada en la manipulación de los fluidos a escala micrométrica, microfluídica, que está siendo utilizada en el autoensamblaje de materiales poliméricos, pero apenas ha sido explorada con moléculas de bajo peso molecular. Por ello en este trabajo se propone utilizar el método de la microfluídica para controlar el autoensamblaje de agregados supramoleculares preparados anteriormente con el método clásico de coprecipitación seguido mediante turbidimetría, con el fin de mejorar la reproducibilidad del proceso de agregación y el control de la morfología de estos sistemas supramoleculares. Para ello se han elegido tres tipos de moléculas: Dendrímeros iónicos (PPI1-B5-4-8 y PPI1-B5-4-14), anfífilos oxietilénicos dendríticos (TEG-D1B5-4-8, TEG-D1B5-10-14) y anfífilos oxietilénicos no dendríticos (TEG-B5-0-14 e isoTEG-B6-0-14), que fueron estudiados en el grupo de investigación y formaban agregados de distintas morfologías y dimensiones. Como parte de este proyecto se han sintetizado de nuevo y caracterizado tres de ellos: PPI1-B5-4-14, TEG-D1B5-10-14 y TEG-B5-0-14. En el estudio comparativo entre el método clásico y el método de microfluídica se ha observado un mayor control en la morfología y las dimensiones de los agregados formados mediante microfluídica, además de una muy significativa rapidez del procesamiento. Por otra parte, se han preparado geles físicos en disolventes de distintas polaridades y estudiando su morfología mediante SEM comprobando que el compuesto TEG-B5-0-14 presenta las mejores cualidades para gelificar tanto en diferentes disolventes como a diferentes concentraciones, generando redes tridimensionales fibrilares