Mechanically interlocked derivatives of single walled carbon nanotubes

Resumen

Esta tesis está basada en la modificación química de nanotubos de carbono de pared sencilla y tiene como objetivos la introducción del enlace mecánico como nueva herramienta para la funcionalización de nanotubos de carbono y el desarrollo de un método estándar para la determinación de constantes de asociación de moléculas orgánicas con nanotubos de carbono. Los nanotubos de carbono pueden describirse como una lámina de grafeno enrollada que forma un cilindro de escala nanométrica. Debido a sus interesantes propiedades tanto electrónicas, ópticas como mecánicas presentan numerosas aplicaciones en diferentes campos de aplicación, siendo unos de los nanomateriales más prometedores de la actualidad. Como consecuencia, numerosos trabajos de investigación sobre la manipulación química de nanotubos de carbono para aumentar su procesabilidad, su pureza y para modular alguna de sus interesantes propiedades han sido publicados. La funcionalización de nanotubos de carbono mediante la unión de moléculas orgánicas a través de la formación de enlaces covalentes da lugar a productos de alta estabilidad cinética, pero el deterioro de la estructura del nanotubo de carbono resulta una desventaja. La unión me moléculas orgánicas a la pared de nanotubos de carbono mediante interacciones supramoleculares permite mantener la integridad estructural del nanotubo de carbono, pero la estabilidad cinética del producto obtenido es débil. En la presente tesis se muestra la posibilidad de utilizar el enlace mecánico como nueva vía para la funcionalización química de nanotubos de carbono, obteniendo productos de alta estabilidad cinética que preservan la integridad estructural de los nanotubos de carbono. Para ello se ha diseñado una molécula con forma de U constituida por dos unidades de exTTF, que actúan como motivo de reconocimiento de nanotubos de carbono, unidas por un espaciador aromático y decoradas con dos cadenas alquílicas que presentan dobles enlaces terminales. Una vez unida la molécula con forma de U alrededor del nanotubo de carbono de manera supramolecular, esta se cicla gracias a la reacción de metátesis de cierre de anillo obteniendo estructuras de tipo rotaxano. Tras desarrollar el nuevo método de funcionalización mediante la síntesis de rotaxanos de nanotubos de carbono, se han estudiado tanto las condiciones óptimas para su síntesis como el mecanismo de reacción seguido. Además se ha estudiado la repercusión del enlace mecánico en las propiedades físicas de los nanotubos de carbono. Por otro lado, pese a que la funcionalización de nanotubos de carbono mediante interacciones supramoleculares es una herramienta muy extendida, la determinación de constantes de asociación de dichos complejos supramoleculares no es común debido a la complejidad estructural de dicho material. En esta tesis se ha desarrollado un método estándar, robusto y sencillo para determinar constantes de asociación entre moléculas orgánicas y nanotubos de carbono.