Design, Synthesis and Physical Properties Evaluation of Heptagon-Containing Distorted Nanographenes

Resumen

La siguiente tesis doctoral recoge el trabajo realizado por el doctorando Carlos Moreno Cruz durante su etapa predoctoral. Los datos recogidos en esta tesis se han estructurado en los siguientes apartados: i) introducción general, ii) objetivos, iii) resultados y discusión, iv) parte experimental, y v) conclusiones. El primer apartado se basa en una introducción general, con el fin de contextualizar el trabajo realizado dentro del campo de aplicación de la tesis. Así mismo, describe los ejemplos más relevantes en el apartado en el que se ubica la presente tesis doctoral. De este modo, esta introducción se inicia con una descripción estructural de los principales alótropos del carbono, prestando especial interés al grafeno. La estructura química del grafeno así como la presencia de defectos en su estructura se verá en profundidad. Tras una breve descripción de los métodos de preparación de grafeno, se introduce al lector las nanocintas de grafeno. En concreto, se hace especial hincapié en la preparación de nanocintas de grafeno mediante técnicas “bottom-up” en disolución aunque también se mencionan tanto técnicas “top-down” y en superficie. Esta sección permite indirectamente la introducción de las estructuras de polifenilenos, estructuras que serán descritas en la siguiente sección. La sección principal de la introducción se centra en la estructura y síntesis de nanografenos. Primeramente se hablará sobre la estructura, síntesis y propiedades de estos. En este apartado se describen los métodos sintéticos basados en reacciones de ciclotrimerización de alquinos o reacciones de Diels-Alder en combinación con reacciones de tipo Scholl. Intercaladas en esta sección aparecen las descripciones de los mecanismos de reacción de las reacciones de ciclotrimerización de alquinos y de la reacción de Scholl. Del mismo modo, se introducen las bases de la técnica de absorción de doble fotón. Seguidamente se describen ejemplos de nanografenos extendidos de gran interés y relacionados estructuralmente con los estudiados en esta tesis doctoral. Por último, se introducen ejemplos de metodologías alternativas para la preparación de Nanografenos. Seguidamente, se describe la estructura de los carbo[n]helicenos y dos de las propiedades quirópticas más importantes en este trabajo, asociadas a ellos: i) el dicroísmo circular y ii) la luminiscencia circularmente polarizada. La estructura y propiedades de los ejemplos más relevantes de helicenos tanto simples como extendidos ocupan el siguiente apartado, desembocando en la introducción de una nueva familia de nanografenos helicoidales, los superhelicenos. Como extensión a las estructuras con un heliceno, se describen las estructuras y las propiedades de múltiples helicenos comparando las propiedades de análogos simples con sus respectivas estructuras π-extendidas. Esta sección termina con los ejemplos más relevantes y actuales de nanografenos extendidos que presentan múltiples helicenos. Para finalizar la introducción, se describe la estructura de nanografenos que incorporan anillos no hexagonales en su estructura, desde las estructuras más simples como los [n]circulenos hasta ejemplos de nanografenos extendidos. A su vez, se describen las metodologías descritas para la preparación de estos nanografenos distorsionados. A continuación se recogen los objetivos planteados, los resultados y la discusión de estos. En este apartado se describen: i) las metodología usadas para la preparación de distintos nanografenos distorsionados que combinan tanto anillos heptagonales como helicenos, ii) la caracterización estructural de estos, iii) el estudio de sus propiedades ópticas y quirópticas, iv) el estudio de sus propiedades electroquímicas, v) el estudio de otras propiedades como imagen en superficie. Por último, el apartado de parte experimental recoge los datos de interés correspondientes a las técnicas utilizadas durante la realización de la presente tesis, así como la descripción detallada de las síntesis de los compuestos preparados y su caracterización estructural. En último lugar, se pueden encontrar las conclusiones obtenidas tras el trabajo realizado. En forma de anexos, se han incluido otros resultados obtenidos durante la elaboración de esta tesis doctoral, presentados de manera resumida.