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Agradecimientos Ahora, cuando después de estos largos años veo la luz al final del túnel, no puedo evitar echar la vista atrás y pensar en todos aquellos que me han hecho más llevadero este camino, en todos aquellos que se merecen mi más sincero agradecimiento. En primer lugar, quiero agradecer al grupo CLIP haberme permitido realizar con ellos este proyecto, un proyectó que me encantó el primer día que me lo propusieron y del que hoy estoy orgullosa. De entre todos sus miembros, no puedo evitar mentar con especial cariño a Lucía, Emma, Mª José, Álex, Isabel, Chechu y Diego, aquellos que han compartido conmigo las horas de trabajo en el laboratorio, de los que he aprendido y de los que solo tengo buenos recuerdos. A Lucía, mi directora, un referente en lo profesional para mí, de la que admiro su forma de trabajar y sus brillantes ideas. Gracias por tus consejos y tu sinceridad, me has hecho mejorar y crecer (no hay más que comparar la primera y la última hoja de mi cuaderno de laboratorio para saber que tus guías han funcionado conmigo). Lo único que lamento es no coincidir más tiempo contigo. A Santiago, mi director, al que considero un gran profesor y aún si cabe, una mejor persona. Gracias por esos empujoncitos que me han hecho llegar hoy hasta aquí y por hacer que gane confianza en mí misma. No tengo palabras para agradecer tu labor como director en mi caso. A los IQ’s, porque sin vosotros la carrera no habría sido lo mismo. Y como no, dentro de ellos a mi grupo selecto, a los que quiero en el alma, con los que más momentos he compartido en estos últimos años y a los que agradezco todo lo que hacen por mi cada día: Mario, David, Lorena M., Lorena P., Víctor L. y Pablo. (me temo que la Ingeniería une demasiado…ya no vais a poder libraros de mí). A mi queridísimo Desajuste, por estar siempre al pie del cañón, por darme ánimo y saber sacarme una sonrisa no sólo en los buenos momentos.(¡HPLC!) .Por fin chicas, por fin, después de tanto lucharlo esto se acaba. Ya sabéis que no puedo hacer distinciones aquí, todas me habéis apoyado siempre. Mil Gracias. A LuisMi, por soportarme todos estos años y porque has sido sin duda mi gran apoyo. Por todos esos detalles, por pasarte horas escuchándome hablar de moléculas y miles de esas cosas que no entendías. Simplemente Gracias. (La verdad es que no sé quién de los dos tenía más ganas de que llegase este momento… ) Y por supuestísimo, a mi familia, por su apoyo incondicional, porque en mis momentos de agobio, que han sido muchos, siempre ‘han pagado el pato’ y aun así, siguen animándome en todos mis retos. Y tras este derroche de sentimentalismo, en el que da la impresión de que todo ha sido agobio, agonía y ansias de ver el final, tengo que decir que son miles los momentos buenos que recuerdo en el ‘CPS’, haciendo balance, muchos más que los recuerdos malos. Quién lo diría, después de tanto soñar con irme, al final va a resultar que voy a echar de menos todo esto. DISEÑO DE MATERIALES POROSOS BASADOS EN ENLACE DE HALÓGENO Resumen El presente Proyecto Fin de Carrera ha sido desarrollado en el Instituto de Nanociencia de Aragón dentro del grupo de Cristales Líquidos y Polímeros (CLIP) del departamento de Química Orgánica de la Universidad de Zaragoza y se enmarca dentro de la línea de investigación dedicada a la Química Supramolecular. Este trabajo parte de la necesidad de entender y controlar la auto-organización de las moléculas en el estado sólido, aspectos que tienen por finalidad el diseño y la obtención de estructuras supramoleculares con aplicaciones diversas. El objetivo de este estudio es el diseño y análisis de organizaciones supramoleculares porosas basadas en interacciones no covalentes de enlace de halógeno. Con ello se pretende poner de manifiesto la capacidad directora de los enlaces de halógeno en la formación de las mencionadas estructuras. El objetivo principal se presenta desglosado en dos secciones. En una primera sección se aborda el objetivo de diseño. Los sólidos porosos se diseñaron a partir de derivados de bis(yodoetinil)bencenos y anillos aromáticos nitrogenados de geometría adecuada. Con la intención de obtener las estructuras buscadas se pusieron en práctica diferentes métodos de cocristalización. En otra sección se desarrolla el estudio de una arquitectura porosa formada por enlaces de halógeno. En particular, se estudia la estructura formada por un análogo de base de Tröger. Su estudio resulta interesante por el tipo de canales que presenta. En concreto, se analiza cómo influyen las condiciones de cristalización (P, T y disolvente) en la obtención de la estructura cristalina y también, la capacidad de adaptación de la estructura al huésped que aloja en sus canales. Para este último fin, se trató de intercambiar el disolvente ocluido en los huecos mediante procesos de inmersión o contactos con compuestos en fase gas. Para la caracterización y el estudio de los sólidos se llevaron a cabo técnicas como espectroscopia de infrarrojo (IR-FT) , resonancia magnética nuclear (RMN), difracción de rayos X en polvo (XRD en polvo), difracción de rayos X en monocristal (XRD monocristal) y espectroscopia fotoelectrónica de rayos X (XPS). ABREVIATURAS EH Enlace de Hidrógeno EX Enlace de Halógeno SH Superficie de Hirshfeld P-BIB 1,4-bis(yodoetinil)benceno M-BIB 1,3-bis(yodoetinil)benceno P-1,2 Piridazina P-BIB_P-1,2 Complejo de enlace de halógeno entre P-BIB y P-1,2 M-BIB_P-1,2 Complejo de enlace de halógeno entre M-BIB y P-1,2 P-1,4 Pirazina M-BIB_P-1,4 Complejo de enlace de halógeno entre M-BIB y P-1,4 TZ 1,3,5-triazina P-BIB_TZ Complejo de enlace de halógeno entre P-BIB y TZ TPTZ 2,4,6-tri(piridin-4-yl)1,3,5-triazina P-BIB_TPTZ Complejo de enlace de halógeno entre P-BIB y TPTZ TZOL 4-fenil-4H-1,2,4,triazol) P-BIB_TZOL Complejo de enlace de halógeno entre P-BIB y TZOL M-BIB_TZOL Complejo de enlace de halógeno entre M-BIB y TZOL HMTA Hexametilentetramina P-BIB_HMTA Complejo de enlace de halógeno entre P-BIB y HMTA TCBQ 2,3,5,6-tetraclorobenzoquinona P-BIB_TCBQ Complejo de enlace de halógeno entre P-BIB y TCBQ AQN Antraquinona P-BIB_AQN Complejo de enlace de halógeno entre P-BIB y AQN BT1 Base de Tröger diyodada BT2 Base de Tröger diyodada y metilada BT1.1 Base de Tröger diyodada cristalizada en tolueno BT1.2 Base de Tröger diyodada cristalizada en diclorometano BT2.1 Base de Tröger diyodada y metilada cristalizada en acetonitrilo BT2.2 Base de Tröger diyodada y metilada cristalizada en diclorometano BT2.3 Base de Tröger diyodada y metilada cristalizada a P, T=130 οC BT2.4 Base de Tröger diyodada y metilada Cristalizada a vacío y T=50 οC ÍNDICE DE LA MEMORIA 1. Introducción ................................................................................................................... 1 2. Diseño de materiales porosos mediante enlaces de halógeno .......................................... 5 2.1. Objetivos ........................................................................................................................ 6 2.2. El proceso de diseño ...................................................................................................... 6 2.2.1. Selección de los ‘building blocks’ .............................................................................. 6 2.2.2. Auto-ensamblaje de los ‘building blocks’ ................................................................. 7 2.3. Resultados y discusión ................................................................................................... 8 2.3.1. Síntesis de dadores y aceptores de enlace de halógeno. ......................................... 8 2.3.2. Preparación y caracterización de complejos por enlace de halógeno ..................... 9 2.4. Conclusiones y trabajos futuros .................................................................................. 23 3. Estudio de una estructura porosa basada en enlaces de halógeno .................................. 24 3.1. Antecedentes. .............................................................................................................. 25 3.2. Objetivos ...................................................................................................................... 27 3.3. Resultados y discusión ................................................................................................. 27 3.3.1. Síntesis de análogos de Tröger ............................................................................... 27 3.3.2. Estudio de un sólido poroso basado en enlaces de halógeno ................................ 30 3.4. Conclusiones ................................................................................................................ 35 4. Referencias ................................................................................................................... 36 1 1. Introducción Introducción 2 Enlazar los átomos de una forma predeterminada para obtener moléculas interesantes por sus propiedades y aplicaciones es uno de los objetivos de la Química General. Sin embargo, las propiedades de un material no sólo dependen de las moléculas que lo constituyen sino también de cuál es su organización en el estado sólido. Dicha organización viene determinada por las interacciones intermoleculares que se establecen entre ellas. Esta idea provoca un cambio de paradigma: de centrarse enlaces entre átomos para dar moléculas, para centrarse también en interacciones entre moléculas para obtener ‘supramoléculas’. La Química Supramolecular, definida por Jean-Marie Lehn (premio nobel de Química en 1987) como la química ‘más allá de las moléculas’, es la rama que estudia las interacciones intermoleculares y las características de los agregados moleculares resultantes (supramoléculas). 1, 2 Uno de los campos emergentes de la química supramolecular es la ingeniería cristalina. El objetivo de la ingeniería cristalina es diseñar el ensamblaje de las moléculas en estado sólido para obtener una estructura cristalina que posea las propiedades deseadas. El control de la estructura supramolecular depende de las interacciones no covalentes que ensamblan los distintos bloques estructurales (enlaces de hidrógeno, enlaces de coordinación, interacciones ·· , etc.) 3, 4. En este aspecto, debe considerarse que el establecimiento de unas interacciones u otras está fuertemente marcado por las condiciones de cristalización y que el proceso es dependiente del tiempo, por lo que el control cinético puede hacer que no necesariamente se obtengan las estructuras termodinámicamente más favorables. De este modo, partiendo de los mismos bloques estructurales, pueden obtenerse estructuras muy diferentes en función de las condiciones de cristalización. Es por ello que predecir la arquitectura sólida resultante de una cristalización es complicado y de hecho, hoy en día sigue siendo uno de los retos de la ingeniería cristalina.1, 5 Dentro de la ingeniería cristalina, los enlaces de hidrógeno (EH) y los enlaces de coordinación siguen siendo las estrategias más empleadas en el diseño de agregados supramoleculares. No obstante, las interacciones de enlace de halógeno (EX) están despertando un creciente interés en esta área. 6 El primer artículo en el que se describen interacciones cuya formación es ahora entendida como enlace de halógeno se remonta a 1814 cuando M.Colin ilustró la aparición de sistemas formados por yodo y amoniaco. Pero fue en la década de los cincuenta con el trabajo de O.Hassel (premio nobel de Química en 1970) cuando quedó patente la capacidad directora de los enlaces de halógeno en los procesos de auto-ensamblaje molecular. 7 El EX es una interacción no covalente en la que el halógeno se comporta como una especie electrófila. De forma genérica esta interacción puede describirse según el esquema , donde X es el átomo de halógeno (ácido de Lewis o dador de EX) D es el dador de densidad electrónica (base de Lewis o aceptor de EX) e Y es un átomo de carbono, nitrógeno o halógeno. 8, 9 Dicho esquema se muestra en la Figura 1.1. Introducción 3 Y=C,N,Cl, Br, I… X=Cl, Br,I D=N, O, S, Se, Cl, Br, I… I-,Br- ,Cl-,F-… Figura 1.1.- Esquema general de la formación de enlaces de halógeno.8 Estudios teóricos predicen, y ensayos experimentales confirman, que la densidad electrónica está anisotrópicamente distribuida en torno al átomo de halógeno unido covalentemente. En la dirección del eje de enlace R-X aparece una región electropositiva, denominada ‘agujero-σ’, que se rodea a continuación por un anillo eléctricamente neutro y en la parte más externa por una región cargada negativamente (Figura 1.2). De este modo el halógeno puede actuar como especie electrófila cuando interacciona en la dirección del eje R-X (interacción direccional) o como especie nucleófila si interacciona en dirección perpendicular a R-X. El término enlace de halógeno (EX) es aplicable únicamente cuando X establece contactos en el polo positivo (se comporta como electrófilo). Figura 1.2.- Potencial electrostático molecular (en Hartrees) en la superficie deisodensidades con 0.001 electrones Bohr-3: CF4; CF3Cl; CF3Br; CF3l (de izquierda a derecha).8 La fortaleza del dador de enlace de halógeno se incrementa en el sentido Cl<Br<I. Esto se debe a que el agujero-σ en el mapa de densidad electrónica presenta un potencial más positivo cuanto más polarizable es X. Así, el potencial permanece negativo en todo el entorno del átomo de flúor (no suele actuar como dador de enlace de halógeno) mientras que la región cargada positivamente aumenta en el orden Cl, Br, I, tal y como puede observarse en la Figura 1.2. Una forma de aumentar la fortaleza del EX, para un halógeno dado, es incrementar la capacidad de los grupos vecinos de retirar densidad electrónica en la dirección R-X. Esto puede lograrse, por ejemplo, modificando la hibridación del carbono enlazado al halógeno (fortaleza de EX creciente en el sentido Csp-X >Csp2-X >Csp3-X). Con respecto a EH, la mayoría de las características energéticas se mantienen en EX (ambos actúan como especie electrófíla).10Las mayores diferencias son que el halógeno es más polarizable y por tanto más sensible al impedimento estérico, que la presencia del halógeno aporta mayor carácter hidrófobo a las moléculas y que EX es una interacción más lineal.8 Estas características resultan idóneas para dirigir la formación de estructuras supramoleculares funcionales (aplicaciones en biomedicina,11 procesos de reconocimiento aniónico,12 foto- Introducción 4 respuesta, 13 formación de cristales líquidos,14 15etc.) y de ahí, el creciente interés científico en el uso de estrategias de diseño basadas en EX. Debido a las numerosas aplicaciones de los materiales porosos (almacenamiento de gases, catálisis, separación, respuesta al huésped, etc.) su diseño y el estudio de sus propiedades son actualmente uno de los temas de mayor interés en el ámbito de la química supramolecular y la ingeniería cristalina.2, 5 Todo ello ha llevado al desarrollo de materiales porosos como las zeolitas o los MOF (Metal Organic Frameworks) que presentan generalmente estructuras porosas robustas, gracias al establecimiento de fuertes enlaces covalentes o de coordinación.6 En la búsqueda de nuevos sólidos porosos, se han desarrollado estrategias que involucran interacciones no covalentes más débiles como fuerzas directoras. Este sería el caso de arquitecturas porosas basadas en enlaces de hidrógeno y/o enlaces de halógeno. La utilización de este tipo de interacciones débiles permite obtener estructuras mucho más flexibles. De hecho, en numerosos materiales de este último tipo, ese equilibrio entre robustez y flexibilidad es responsable de la aparición del denominado “comportamiento respiratorio”: la capacidad de intercambiar las sustancias ocluidas en la oquedad y modular el volumen y la forma de los canales (como si respiraran) para adaptarse al nuevo huésped.16, 17 El presente Proyecto Fin de Carrera se enmarca en el contexto de la química supramolecular y más concretamente dentro de la ingeniería cristalina. En él se va a abordar el diseño y el estudio de sólidos supramoleculares porosos en los que la principal fuerza directora de las estructuras es el enlace de halógeno. El proyecto se divide así en dos capítulos. El primer capítulo está dedicado al diseño de sólidos porosos basados en enlaces de halógeno. Como punto de partida del diseño, debe seleccionarse la estrategia y los bloques estructurales que conformarán la estructura buscada. Se seleccionaron como aceptores de enlace de halógeno bis(yodoetinil)bencenos con los sustituyentes en las posiciones -para y -meta, para disponer de un dador lineal y angular a la hora de realizar los diseños. Estos compuestos tuvieron que sintetizarse. Como aceptores de enlace de halógeno se seleccionaron compuestos nitrogenados de diferentes geometrías atendiendo a las posibles arquitecturas resultantes de su ensamblaje con los respectivos bis(yodoetinil)bencenos. En la segunda parte se estudia una arquitectura porosa dirigida por enlaces de halógeno. Tras describir su estructura con detalle, se relatan ensayos de dos tipos. Por un lado, partiendo de los mismos building blocks se analiza la influencia de las condiciones de cristalización en la obtención de diferentes polimorfos. Por otra parte, partiendo de la estructura porosa cristalizada bajo ciertas condiciones, se analizará la fortaleza y estabilidad de la misma (transformaciones en el estado sólido o comportamiento respiratorio) mediante ensayos en los que se modifica el contenido de la oquedad. 5 2. Diseño de materiales porosos mediante enlaces de halógeno Objetivos Diseño 6 2.1. Objetivos Los objetivos de esta parte son el diseño de organizaciones supramoleculares porosas basadas en enlaces de halógeno y la puesta en práctica de distintos métodos experimentales para su obtención. El objetivo global de todo ello es poner de manifiesto la capacidad directora de la interacción EX en la obtención de estructuras supramoleculares de interés. 2.2. El proceso de diseño El proceso de diseño se compone de varias etapas, siendo la primera de ellas la elección de las moléculas o building blocks que conformarán la estructura supramolecular. Los bloques se escogieron pensando en las posibles estructuras derivadas de su auto-ensamblaje. Por ello, en su selección se consideraron aspectos como su geometría o la fortaleza y tipo de interacción que son capaces de establecer. 2.2.1. Selección de los ‘building blocks’ Dadores de enlace de halógeno: Bis(yodoetinil)bencenos El yodo es el halógeno que establece los EX más fuertes. Además la fortaleza de la interacción aumenta cuando el yodo se enlaza covalentemente a un grupo funcional capaz de retirar densidad electrónica, como sería el caso del grupo etinil. La Figura 2.1 muestra en 1,4bis(yodoetinil)benceno (P-BIB) y en 1,3-bis(yodoetinil)benceno (M-BIB), la aparición de una zona de densidad electrónica positiva en el extremo apical del yodo enlazado al carbono con hibridación sp que le retira densidad electrónica. 1,4-bis(yodoetinil)benceno (P-BIB) 1,3-bis(yodoetinil)benceno(M-BIB) Figura 2.1.- Mapas de densidad electrónica de P-BIB y M-BIB calculados con Pc Spartan Pro (Nivel de cálculo Hartree-Fock 3-21G(*)). Regiones de densidad electrónica positiva en color azul y de densidad electrónica negativa en rojo. Además, tanto P-BIB como M-BIB son planos, pero mientras el primero es lineal, con una distancia entre los átomos de yodo de unos 12 Å, el segundo es angular (113⁰ entre los brazos que forman la ‘v’), siendo la distancia entre los átomos de yodo de unos 10 Å.18 El Proceso de Diseño Diseño 7 Aceptores de enlace de halógeno: Heterociclos aromáticos con nitrógeno. En cuanto a los aceptores de EX, se escogieron heterociclos aromáticos con distinto número de átomos de nitrógeno y distinta distribución que pudiesen dar lugar a diferentes organizaciones supramoleculares. En primera instancia, se seleccionaron la piridazina (P-1,2), pirazina(P-1,4), 1,3,5-triazina(TZ), 2,4,6-tri(piridin-4-yl)1,3,5-triazina (TPTZ) y 4-fenil-4H1,2,4,triazol (TZOL) porque ofrecen disposiciones lineales, angulares o trigonales de los átomos de nitrógeno. A pesar de no ser un compuesto aromático, también se realizaron pruebas empleando hexametilentetramina (HMTA). El motivo es que la distribución tetraédrica de los átomos de nitrógeno en HMTA puede dar lugar a estructuras de tipo diamante con dadores de enlace de halógeno lineales, tal y como ha sido descrito recientemente en estructuras formadas a partir de HMTA y n-yodosuccinimida.16 En la Figura 2.2 se muestran los mapas de densidad electrónica de algunos de los aceptores de enlace de halógeno seleccionados. Piridazina (P-1,2) Pirazina (P-1,4) 1,3,5-triazina (TZ) Hexametilentetramina (HMTA) Figura 2.2.- Mapas de densidad electrónica de P-1, 2 , P-1,4 , TZ y HMTA calculados con Pc Spartan Pro (Nivel de cálculo Hartree-Fock 3-21G(*)). Regiones de densidad electrónica positiva en color azul y de densidad electrónica negativa en rojo. 2.2.2. Auto-ensamblaje de los ‘building blocks’ Los building blocks seleccionados se escogieron pensando cómo podrían ser los huecos resultantes al ensamblar los dadores y aceptores de enlace de halógeno. Así, por ejemplo, se pensó que en la combinación de P-BIB o M-BIB con los anillos aromáticos que poseen dos nitrógenos podría formar huecos rectangulares; con los anillos con tres nitrógenos daría lugar a huecos hexagonales y con HMTA estructuras tetraédricas de tipo diamante. Un esquema de las posibles estructuras se muestra en la Figura 2.3. El Proceso de Diseño Diseño 8 M-BIB_P-1,2 P-BIB_TZ P-BIB_HMTA Figura 2.3.- Representación de los posibles huecos que se pueden obtener en la formación de EX entre P-BIB y M-BIB y las diferentes bases nitrogenadas: rectangulares (M-BIB_P-1,2); hexagonales (P-BIB_TZ) y estructuras tipo diamante (P-BIB_HMTA). 2.3. Resultados y discusión 2.3.1. Síntesis de dadores y aceptores de enlace de halógeno. Los bis(yodoetinil)bencenos no son comerciales, por lo que fue necesaria su preparación. La síntesis de estos compuestos se realizó siguiendo el método optimizado en el grupo de investigación15 respecto a las preparaciones previamente descritas en la literatura. 19 Dicho método consiste en la sustitución del hidrógeno de los alquinos terminales por un átomo de yodo empleando como fuente de yodo N-yodosuccinimida , como se muestra Figura 2.4. Una descripción detallada del proceso de síntesis se encuentra en el Anexo I y los espectros IR-FT y RMN de protón obtenidos para su caracterización se muestran en el Anexo II. Resultados y Discusión Diseño 9 H H I I Rdto: 80% N I O O AgNO3, acetona N I O O AgNO3, acetona HH II Rdto: 84% Figura 2.4 Síntesis de 1,4-bis(yodoetinil)benceno (arriba) y ,1,3-bis(yodoetinil)benceno (abajo). . 2.3.2. Preparación y caracterización de complejos por enlace de halógeno En el Anexo I se describen las técnicas y condiciones empleadas en la formación de complejos por enlace de halógeno. Para facilitar el seguimiento de la discusión realizada en este apartado, se recogen en la Tabla 2.1 las notaciones empleadas para designar al disolvente de cristalización y en la Tabla 2.2 las cocristalizaciones ensayadas, ambas presentes en el Anexo III. Los materiales obtenidos se caracterizaron por diversas técnicas que permiten establecer si se han formado enlaces de halógeno entre el dador y el aceptor y si han formado una nueva organización supramolecular. Tabla 2.1.-Notación empleada para designar el disolvente de cristalización. a ACETONA h ACETONA + ACETATO DE ETILO b ACETONITRILO i ACETONA + DICLOROMETANO + ACETONITRILO c ACETONA+ACETONITRILO j NITROMETANO d ACETATO DE ETILO k TOLUENO + ACETATO DE ETILO e DICLOROMETANO l TOLUENO + DICLOROMETANO f ACETATO DE ETILO+ACETONITRILO m TOLUENO+ ACETONITRILO Resultados y Discusión Diseño 10 Tabla 2.2.-Co-cristalizaciones realizadas empleando P-BIB. Componentes Método Disolvente Proporción molar Dador de XE Aceptor de XE 1,4-bis(yodoetinil)benceno (P-BIB) Piridazina (P-1,2) Evaporación lenta a,b,c 1:1 Activación Mecánica a, b, c, e Mecano-Química NO. 1,3,5-triazina (TZ) Evaporación lenta a, b, c, d, e, g 3/2:1 Activación mecánica a, b Mecano-química b 2,4,6-tri(piridin-4yl)1,3,5-triazina (TPTZ) Evaporación lenta a, e 3/2:1 Activación mecánica a, e Mecano-química b 4-fenil-4H1,2,4,triazol (FTZOL) Evaporación lenta e 1:1 Mecano-química b Hexametilentetramina (HMTA) Evaporación lenta f, g, j, k, l 2:1 Activación mecánica e, d Mecano-química b Componentes Método Disolvente Proporción molar Dador de XE Aceptor de XE 1,3-bis(yodoetinil)benceno (M-BIB) Piridazina (P-1,2) Evaporación lenta a, b, c, d, m, n 1:1 Activación mecánica a, b, c, d, e Mecano-Química NO. Pirazina (P-1,4) Evaporación lenta a, b, c, d, e, f, g, h 1:1 Activación mecánica a,e Mecano-química b 4-fenil-4H-1,2,4,triazol (FTZOL) Evaporación lenta e 1:1 Resultados y Discusión Diseño 17  Estructura M-BIB_P-1,2 En la estructura cristalina del complejo M-BIB_P-1,2 los dos yodos del M-BIB forman el mismo tipo de enlace de halógeno (2,785 Å; 172,90˚) al igual que los dos átomos de nitrógeno de P-1,2. En vez de una estructura cíclica que presentase canales por apilamiento, la organización supramolecular está formada por cadenas poliméricas en las que se alternan moléculas de P-1,2 y M-BIB. Las cadenas presentan un perfil alabeado: los anillos de P-1,2 y MBIB de una misma cadena no son coplanares, sino que se disponen en planos diferentes que forman un ángulo de 6,1⁰. Las distintas cadenas, que pertenecen a planos paralelos distanciados 3,578 Å, conectan entre sí mediante interacciones π··π entre los anillos de P-1,2 y los anillos de M-BIB de cadenas paralelas formando así dímeros de cadenas (ver Figura 2.9). Figura 2.9.- Representación de los EX establecidos en la estructura M-BIB_P-1,2, a lo largo de los ejes a, b, c. Disponer de la estructura cristalina del complejo M-BIB_P-1,2 y los espectros de XRD en polvo ha permitido comprobar que la estructura cristalina de los cocristales obtenidos por todas las técnicas es la misma y que coincide con la del cristal que hemos registrado. Además hemos podido establecer la homogeneidad de las muestras. En la Figura 2.10 se muestran los espectros experimentales y teóricos del complejo y de sus componentes. En el espectro experimental de M-BIB_P-1,2, además de los picos que corresponden al complejo (XRD teórico), aparecen una serie de picos marcados con un asterisco en la Figura 2.10. Dichos picos parece que corresponden a restos de M-BIB, que pueden provenir o de que no todo el dador y aceptor han formado el complejo o a que se ha añadido un exceso de dador de enlaces de halógeno. Resultados y Discusión Diseño 18 Figura 2.10.- Comparativa entre los espectros XRD polvo teórico y experimental de M-BIB_P-1,2.  Estructura M-BIB_ONA La estructura cristalina formada por M-BIB y propanona se obtuvo inesperadamente. La intención era obtener cocristales de M-BIB con TZ pero se obtuvieron monocristales de M-BIB y propanona en estequiometría 1:1, ya que ésta última se había empleado como disolvente. Posteriores intentos de obtener cristales de M-BIB con propanona en ausencia de TZ resultaron infructuosos. La estructura M-BIB_ONA presenta enlaces de halógeno entre los átomos de yodo y el oxígeno de la propanona (2,929 Å; 177,91⁰) que aunque son más débiles que los enlaces C-I··N establecidos en la estructura M-BIB_P-1,2 tienen la particularidad de ser bifurcados: cada átomo de oxigeno forma dos enlaces de halógeno gracias a que posee pares de electrones solitarios en orbitales sp2. Los enlaces de halógeno establecidos son responsables de la aparición de cadenas en las que se alternan moléculas de propanona y M-BIB. Las distintas cadenas poliméricas conectan entre sí mediante interacciones C··H (2,891 Å) de los carbonos del triple enlace de M-BIB e hidrógenos de la propanona. Las cadenas pertenecen a planos diferentes distanciados 3,643 Å(Figura 2.11) 510 15 20 25 30 35 40 2θ P-1,2 (teórico) M-BIB M_BIB_P-1,2 (teórico) M-BIB_P-1,2 * * * Resultados y Discusión Diseño 19 Figura 2.11 Representación de la estructura M-BIB_ONA a lo largo de los ejes a, b, c (arriba) y mostrando la distancia entre cadenas(abajo). Gracias al análisis de la estructura cristalina del complejo M-BIB_ONA nos planteamos realizar el estudio de enlaces de halógeno empleando dicetonas tales como antraquinona (AQN) y 2,3,5,6-tetraclorobenzoquinona (TCBQ), ya que éstas pueden dar lugar a estructuras porosas, como recientemente ha puesto de manifiesto Aakeröy et al. al cocristalizar N-óxidos y anillos aromáticos halogenados. 23. Los análisis IR-FT y XRD en polvo de las muestras sintetizadas con AQN y TCBQ no revelaron la formación de enlaces de halógeno I··O. No obstante, parece un tema prometedor para posteriores estudios. Análisis de las superficies de Hirshfeld Recientemente se ha desarrollado una herramienta para el análisis de las estructuras cristalinas que consiste en el cálculo de superficies de Hirshfeld (SH).Esta superficie delimita el espacio ocupado por una molécula en el cristal, empleando como criterio que la función peso sea igual a 0,5. La expresión matemática de wA(r) se muestra en la Ecuación 1. ∑ ∑ Ecuación 1. Esta superficie, única para cada molécula presente en la unidad asimétrica, permite analizar las interacciones existentes entre las moléculas que conforman el cristal: es tridimensional y puede colorearse en función de la fortaleza de las interacciones presentes. La representación de las SH de las estructuras determinadas se muestra en la Figura 2.12. Resultados y Discusión Diseño 20 M-BIB M-BIB_P-1,2 M-BIB_ONA Figura 2.12.- Representación de la superficie de Hirshfeld de la molécula 1,3-bis(yodoetinil)benceno presenten las estructuras M-BIB, M-BIB_P-1,2 y M-BIB_ONA , respectivamente. En este caso, la superficie se ha representado empleando la distancia normalizada (dnorm) con respecto al radio de Van der Waals de los átomos en contacto, cuya expresión matemática se muestra en la Ecuación 2, donde di y de representan la distancia desde un punto de la superficie de Hirshfeld al núcleo atómico más cercano, interno o externo a la superficie, respectivamente. La superficie aparece coloreada según la escala rojo-blanco-azul en orden decreciente de fortaleza de la interacción. 24, 25 Ecuación 2. En la Figura 2.12 se aprecia como en la estructura M-BIB se establecen interacciones de enlace de halógeno de distinta fortaleza, una de ellas coloreada en rojo intenso (interacción C-I··π más fuerte) y otra coloreada en rojo suave (interacción C-I··π más débil), mientras que en MBIB_P-1,2 y M-BIB_ONA, las interacciones de enlace de halógeno que se observan presentan la misma fortaleza (coloreadas en rojo de la misma intensidad) Para facilitar el análisis de las superficies de Hirshfeld tridimensionales, la información que aportan se puede mostrar en un gráfico bidimensional representando di en abscisas, frente a de en ordenadas y cada punto del gráfico es coloreado en función de la fracción de puntos de la superficie que representa (azul-pocos puntos; rojo-muchos puntos). Dicho gráfico se conoce como ‘huella dactilar’ ya que es característico de una estructura cristalina. En la Figura 2.13 se muestran las huellas dactilares completas del dador de enlaces de halógeno M-BIB en cada una de las estructuras cristalinas determinadas en este trabajo (MBIB, M-BIB_P-1,2 y M-BIB_ONA). Junto a las huellas dactilares completas a escala reducida se representan de forma específica las regiones en las que aparecen las interacciones de mayor interés. Resultados y Discusión Diseño 21 M-BIB C-C C-H I –C M-BIB_P-1,2 C-C C-H I-N M-BIB_ONA C-C C-H I-O Figura 2.13.-Gráficos de huella dactilar de las estructuras M-BIB, M-BIB_P-1,2 y M-BIB_ONA. Resultados y Discusión Diseño 22 Al observar las huellas dactilares por una parte llama la atención lo diferentes que son entre sí, poniendo de manifiesto el diferente entorno del aceptor M-BIB en cada una de las estructuras. También destaca la falta de simetría en todas ellas, pero de forma más acusada en las estructuras de los complejos. Esto es debido a que únicamente se han calculado las superficies de Hirshfeld del dador de enlaces de halógeno M-BIB. En las representaciones de zonas específicas de las huellas dactilares para cada estructura, aparece una zona del enlace de halógeno, I··C, I··N y I··O, para las estructuras de M-BIB, MBIB_P1,2 y M-BIB_ONA, respectivamente. En estos casos, la presencia de un aceptor de EX mejor que el triple enlace de M-BIB, hace que la interacción C-I·· tenga menor importancia, por lo que disminuye el porcentaje de C-I··de 19,80 a 11,70 y 4,30 para M-BIB, M-BIB_P-1,2 y M-BIB_ONA respectivamente, tal y como puede observarse en la Figura 2.14. Es de destacar también la interacción C··C que ocupa diferente cantidad de superficie y tiene diferente coloración. En cierto grado, la intensidad de dicha interacción se puede relacionar con el apilamiento ·· de los anillos aromáticos, siendo mayor en la estructura de M-BIB. Figura 2.14.- Porcentaje de las distintas interacciones establecidas en las estructuras M-BIB, M-BIB_P1,2 y M-BIB_ONA. En la Figura 2.14 se observa que en M-BIB, M-BIB_P-1,2 y M-BIB_ONA los contactos que se establecen en mayor proporción son los correspondientes a C··H, I··H, H··H, pero hay que tener en cuenta que el gráfico representa contactos y no interacciones, por lo que es normal que los átomos que se sitúan en la periferia estén cercanos entre sí, como es el caso de los hidrógenos, lo que no implica una interacción. Lo mismo ocurre con los contactos I···I en la estructura MBIB, ya que el análisis de la orientación de los átomos de yodo no implica una interacción atractiva, sino únicamente una cercanía espacial. 14,50 6,50 4,30 11,70 19,80 0,00 31,20 25,70 20,00 7,00 4,80 13,30 38,10 26,20 20,10 8,80 13,90 12,20 0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 MBIB_ONA M-BIB_P1,2 M-BIB Interacciones establecidas (%) I- -I I- -N I- -C I- -O I- -H C- -C C- -N C- -H H- -N H- -H Otras Conclusiones Diseño 23 2.4. Conclusiones y trabajos futuros El objetivo principal de este proyecto es el diseño y la obtención de organizaciones supramoleculares porosas. Con ello, se busca dejar patente la aplicación práctica de los enlaces de halógeno en la formación de agregados supramoleculares de interés. En base a los resultados obtenidos y al análisis de los mismos, se puede concluir lo siguiente:  1,4 y 1,3-bis(yodoetinil)benceno son buenos dadores de enlace de halógeno, debido a la presencia del enlace Csp-I que genera una región de densidad electrónica positiva (agujero σ) en el extremo polar del átomo de yodo.  1,4 y 1,3-bis(yodoetinil)benceno ponen de manifiesto la capacidad directora de los enlaces de halógeno en la formación de agregados supramoleculares, ya que, como se ha visto en este proyecto, pueden formar EX con la densidad electrónica del triple enlace y con átomos de nitrógenos y de oxígeno. La fortaleza de dichas interacciones disminuye en el sentido I···N> I···O > I···C  Las técnicas espectroscópicas IR y XPS son adecuadas para determinar la formación de enlaces de halógeno y por tanto para discriminar los ensayos en los que se han formado cocristales o mezclas sólidas  No hay grandes diferencias en los resultados obtenidos al preparar las muestras con las técnicas de evaporación lenta, difusión lenta, activación química y activación mecano-química.  La activación mecano-química tiene gran interés debido a la rapidez de preparación de las muestras y la posibilidad de aumentar la cantidad de muestra obtenida. En base a lo expuesto a largo de este capítulo se plantean los siguientes trabajos futuros que pueden complementar la línea de trabajo de este Proyecto Fin de Carrera. Entre ellos cabe destacar:  El empleo de plantillas “templates en la obtención de monocristales por enlaces de halógeno empleando como aceptores de enlace de halógeno triazina, trispiridiltriazina que pueden dar lugar a estructuras hexagonales.  La caracterización de los complejos por enlace de halógeno de muestra en polvo mediante otras técnicas que nos permita determinar si se forma una estructura porosa. (TGA, área superficial)  El estudio de enlaces de halógeno empleando como aceptores de EX dicetonas o compuestos similares capaces de establecer estructuras porosas mediante la formación de enlaces de halógeno bifurcados. 24 3. Estudio de una estructura porosa basada en enlaces de halógeno Antecedentes B.Tröger 25 3.1. Antecedentes. Recientemente, en el grupo CLIP, se han obtenido estructuras supramoleculares porosas dirigidas por enlace de halógeno empleando como building blocks análogos de base de Tröger, ya que estos compuestos presentan características estructurales idóneas para su aplicación: heterociclo nitrogenado quiral con geometría rígida en forma “v”.26 Concretamente se emplearon análogos de Tröger diyodados (BT1). En función del disolvente empleado para cristalizar BT1 se obtuvieron diferentes estructuras. Al recristalizar BT1 en diclorometano se obtuvo una estructura de tipo diamante BT1.2 con canales en los que el disolvente quedaba ocluido. En dicha estructura el diclorometano actúa a modo de template y la estructura no es estable si se elimina éste, por ejemplo, por simple exposición al aire. La pérdida del disolvente da lugar a una estructura más compacta igual a la que se obtiene al cristalizar BT1 en tolueno, BT1.1. Las mencionadas estructuras se muestran en la Figura 3.1 Figura 3.1.- Representación de las estructuras cristalinas obtenidas a partir de BT1 en tolueno (arriba) y diclorometano (abajo) En vista de los anteriores resultados, se planteó modificar BT1 para obtener una molécula que tuviera un dador de enlace de halógeno mejor. En concreto, se optó por metilar uno de los nitrógenos de BT1 (BT2). De este modo, el grupo amonio generado retira densidad electrónica al yodo en sentido del eje de enlace C-I y por tanto, la nueva especie es capaz de establecer interacciones de enlace de halógeno más fuertes.8 Ensayos preliminares llevaron a la preparación del compuesto BT2 mencionado y a la obtención de monocristales adecuados para determina su estructura cristalina al recristalizarlo en acetonitrilo. La estructura obtenida en dicho disolvente [BT2.1], se muestra en la Figura 3.2. Antecedentes B.Tröger 26 [a] [b] [c] [d] [e] Figura 3.2.- Estructura cristalina de BT2 (yoduro de 1-metil-5,13-diyodo-1-azonia-9azatetraciclo(7 7 1 02,7 010,15)heptadeca-2,4,6,10,12,14-hexaeno) al cristalizarlo en acetonitrilo (BT2.1). Esta estructura está dirigida por interacciones de enlace de halógeno (C-I··I-). Se observa como cada yoduro establece dos interacciones C-I··Ide 3,694 Å y 3,613 Å siendo el ángulo C-I··I-··I-C de 101,0˚. Puesto que BT2 presenta forma de ‘v’ con un ángulo cercano a los 90˚ el establecimiento de dichas interacciones permite que los yoduros y las bases de Tröger metiladas se dispongan formando ‘cuadrados’ (Figura 3.2[a]). Estos cuadrados se apilan verticalmente formando columnas en las que cada cuadrado está girado 90˚ con respecto al que le precede en dicha columna (Figura 3.2[b]). Esto permite el acercamiento de la carga positiva del grupo amonio con la carga negativa del yoduro (4.77 Å) y además que se establezcan varias interacciones I-··H-C, siendo las más fuertes las que establece el yoduro con los hidrógenos del grupo metilo (2,975 Å; 173,97 ⁰ y 2.915 Å; 164.33 ⁰), ya que el grupo metilo esta estéricamente cerca y sus hidrógenos son ácidos. Por tanto cada yoduro establece dos interacciones C-I··Iy seis interacciones I-··H diferentes, dos en dirección vertical y cuatro en dirección horizontal (Figura 3.2[ d]). El resultado final es una estructura porosa con canales ortoedricos, (Figura 3.2[e]) en la que el volumen accesible, calculado con el programa Mercury, constituye el 25,4% del volumen de la celda unidad (1163.95 A3). Discusión B.Tröger 33 Tabla 3.5.- Parámetros de celda tras someter el cristal BT2.1 a diferentes condiciones de presión y Temperatura. a (Å) b (Å) c (Å)  (⁰)  (⁰)  (⁰) V (Å3) Acetonitrilo ; Pamb,Tamb [BT2 .1] 28,38 14,35 11,24 90,0 90,0 90,0 4584 Acetonitrilo;Pvacío,T=50 ⁰C [BT2 .4] 7,81 36,53 10,57 90,16 105,05 89,90 2913 Acetonitrilo ;P;T=130 ⁰C [BT2 .3] 7,81 36,47 10,57 90,10 105,14 89,85 2903 Estos parámetros son diferentes a los que corresponden BT2.1 pero coinciden con los de la estructura BT1.1 (base de Tröger diyodada en tolueno), al igual que el experimento realizado a presión y T=130 ⁰C [BT2.3]. En el caso de BT2.4, se tomaron todos los datos y la estructura cristalina resultante, se describe con detalle en el Anexo VI. Para comprobar si estos resultados pueden ser debidos a un proceso de desmetilación, se colocó una muestra en polvo de la base de Tröger metilada pura en el desecador a vacío y 50 ⁰C durante 4 días (mismas condiciones a las que habían estado expuestos los cristales de BT2 .1). Transcurrido dicho tiempo, se realizaron análisis de RMN y TGA a las muestras obtenidas. El análisis RMN de dichas muestra antes y después del tratamiento descrito, mostraban el mismo espectro RMN. Los termogramas (TGA) de BT1 (Tröger sin metilar) y de BT2 (Tröger metilada) se muestran en la Figura 3.7 y en la Figura 3.8, respectivamente. Figura 3.7.-TGA de la base de Tröger diyodada (BT1) Discusión B.Tröger 34 Figura 3.8.- TGA de la base de Tröger diyodada y metilada (BT2) El termograma de BT2 presenta una perdida inicial de un 8.5 % de su masa que parece corresponder al disolvente de cristalización, y el tercer salto se puede corresponder a la pérdida de CH3I. Esta asignación se basa en el porcentaje de la masa del producto de partida que representa el yoduro de metilo y a la similitud a partir de dicha pérdida con el termograma de la base de Tröger no metilada. Estos resultados no permiten decantarse por ninguna de las hipótesis expuestas para explicar los hechos experimentales. Para poder aclararlo está pendiente la realización de la TGA de la muestra de base de Tröger metilada sometida al proceso de temperatura y vacío y la realización de experimentos de XRD en polvo a varias temperaturas. 100 200 300 400 500 600 700 100 80 60 40 20 0 Pérdida de masa [%] T [ºC] 111,14 ºC 8,52% 188,85 ºC 3,19% 262,78ºC 19,05% 338,02ºC 25,02% 445,95ºC 13,16% 550ºC 5,92% Conclusiones B.Tröger 35 3.4. Conclusiones En vista de los resultados obtenidos en este capítulo se puede concluir lo siguiente:  La reacción de base de Tröger diyodada con yoduro de metilo es una via adecuada para la síntesis de BT2: la ruta sintética es simple y se obtienen buenos rendimientos.  La estructura de la base de Tröger metilada soporta el tratamiento de 50 ⁰C y vacío durante 4 días sin desmetilarse(presenta cierta robustez).  Los cristales de la base de Tröger metilada sometida a condiciones muy variadas mantienen su cristalinidad, pues de otro modo no podrían haberse determinado sus parámetros de malla. Los análisis realizados en este proyecto lanzan hipótesis sobre las características de la estructura analizada. La comprobación de las hipótesis aquí planteadas, plantea las siguientes líneas de trabajos futuros  Determinar si realmente BT2 presenta el mentado comportamiento respiratorio, tal y como podrían indicar las cristalizaciones realizadas en acetonitrilo y mezclas de acetonitrilo y tolueno. Es necesario el análisis de nuevas muestras que para refutar o confirmar dicha suposición.  Comprobar si realmente se produce una transición cristal-cristal entre la base de Tröger metilada y la desmetilada realizando análisis en otras condiciones de presión, temperatura y/o disolvente a las empleadas en este ensayo. 36 4. Referencias Referencias B.Tröger 37 1. J. M. Lehn, PNAS, 2002, 99, 4763-4768. 2. D. Braga, Chem. Commun., 2003, 2751-2754. 3. H. R. Khavasi and A. A. Tehrani, CrystEngComm, 2013, 15, 3222-3235. 4. H. R. Khavasi and A. A. Tehrani, CrystEngComm, 2013, 15, 5813-5820. 5. G. Couderc and J. Hulliger, Chem. Soc. Rev., 2010, 39, 1545-1554. 6. C. B. Aakeroy, N. R. Champness and C. Janiak, CrystEngComm, 2010, 12, 22-43. 7. P. Metrangolo and G. Resnati, Cryst. Growth Des., 2012, 12, 5835-5838. 8. P. Metrangolo, F. Meyer, T. Pilati, G. Resnati and G. Terraneo, Angew. Chem. Int. Ed., 2008, 47, 6114-6127. 9. T. M. Beale, M. G. Chudzinski, M. G. Sarwar and M. S. Taylor, Chem. Soc. Rev., 2013, 42, 1667-1680. 10. S. J. Grabowski, PCCP, 2013, 15, 7249-7259. 11. M. Baldrighi, G. Cavallo, M. R. Chierotti, R. Gobetto, P. Metrangolo, T. Pilati, G. Resnati and G. Terraneo, Mol. Pharmaceutics, 2013, 10, 1760-1772. 12. G. Cavallo, P. Metrangolo, T. Pilati, G. Resnati, M. Sansotera and G. Terraneo, Chem. Soc. Rev., 2010, 39, 3772-3783. 13. G. C. Arri Priimagi , Pierangelo Metrangolo and Giuseppe Resnati, Acc. Chem. Res., 2013, 46, 2686-2695. 14. J. Xu, X. Liu, J. K.-P. Ng, T. Lin and C. He, Chem. Mat., 2006, 16, 3540-3545. 15. L. Gonzalez, N. Gimeno, R. Maria Tejedor, V. Polo, M. Blanca Ros, S. Uriel and J. Luis Serrano, Chem. Mat., 2013, 25, 4503-4510. 16. K. Raatikainen and K. Rissanen, Chemical Science, 2012, 3, 1235-1239. 17. A. Yamamoto, T. Hasegawa, T. Hamada, T. Hirukawa, I. Hisaki, M. Miyata and N. Tohnai, Chemistry-a European Journal, 2013, 19, 3006-3016. 18. A.-L. Barres, A. El-Ghayoury, L. V. Zorina, E. Canadell, P. Auban-Senzier and P. Batail, Chem. Commun., 2008, 2194-2196. 19. H. M. Yamamoto, J. I. Yamaura and R. Kato, J. Am. Chem. Soc., 1998, 120, 5905-5913. 20. R. B. Walsh, C. W. Padgett, P. Metrangolo, G. Resnati, T. W. Hanks and W. T. Pennington, Cryst. Growth Des., 2001, 1, 165 - 175. 21. G. R. Desiraju, P. S. Ho, L. Kloo, A. C. Legon, R. Marquardt, P. Metrangolo, P. Politzer, G. Resnati and K. Rissanen, Pure Appl. Chem., 2013, 85, 1711-1713. 22. B. E. M. Douglas, D.M; Alexander, J.J, Conceptos y modelos de Química Inorgánica, 1987. 23. T. K. W. a. J. D. Christer B. Aakeröy, CrystEngComm,, 2014, 16, 28-31. 24. M. A. Spackman and D. Jayatilaka, CrystEngComm, 2009, 11, 19-32. 25. M. A. Spackman and J. J. McKinnon, CrystEngComm, 2002, 4, 378-392. 26. D. Didier and S. Sergeyev, Tetrahedron, 2007, 63, 3864-3869. 27. J. Jensen and K. Warnmark, Synthesis-Stuttgart, 2001, 1873-1877. 28. D. A. Lenev, D. G. Golovanov, K. A. Lyssenko and R. G. Kostyanovsky, Tetrahedron: Asymmetry, 2006, 17, 2191-2194. 29. Y. Inokuma, S. Yoshioka, J. Ariyoshi, T. Arai, Y. Hitora, K. Takada, S. Matsunaga, K. Rissanen and M. Fujita, Nature, 2013, 495, 461-467. 30. S. B. Kalidindi, K. Yusenko and R. A. Fischer, Chem. Commun., 2011, 47, 8506-8508. 31. M. Meilikhov, K. Yusenko and R. A. Fischer, Dalton Transactions, 2009, 600-602. Anexos 39 Anexo I: Método experimental Método experimental Anexo I 40 Los aceptores de enlace de halógeno empleados y los reactivos utilizados en las síntesis son productos comerciales que se adquirieron en Sigma-Aldrich, a excepción de FTZOL, proporcionado por el grupo de Pilar Prieto de Universidad de Castilla la Mancha, y HMTA que fue adquirida en Panreac. Todos estos compuestos se utilizaron sin purificación previa. El resto de compuestos empleados fueron sintetizados. Para la caracterización de los productos se empleó un espectrofotómetro IR-FT modelo ‘Vertex 70’ y un espectrofotómetro de Resonancia nuclear ‘AMX 300’, ambos de la casa Bruker. Las muestras cristalinas se analizaron mediante difracción de Rayos X en polvo empleando un difractómetro marca Rigaku modelo DMax 2500 (radiación CuKα1,2) y mediante difracción de Rayos X monocristal empleando difractómetros modelo Xcalibur y SuperNova, ambos de Agilent Technologies. Las estructuras cristalinas obtenidas en este último análisis se resolvieron empleando el paquete de programas SHELXTL y su interpretación se realizó empleando el programa Mercury. La interpretación de las superficies de Hirshfeld de las estructuras obtenidas se realizó con CrystalExplorer. Para los análisis XPS se empleó un espectrofotómetro de ultra alto vacio Kratos Axis Ultra DLD: fuente de rayos X a 12 kV y 10 mA; presión de vacío en la cámara entre. 10-9 mbar. Para compensar los efectos de carga superficial, los espectros fueron referenciados con respecto al pico del carbono neutral C 1s a una energía de enlace de 285.0 eV. I.I Síntesis I.I.I Síntesis de bis(yodoetinil)bencenos. La diferencia entre la síntesis de 1,4-bis(yodoetinil)benceno y 1,3-bis(yodoetinil)benceno fue partir de 1,4-bis(etinil)benceno o 1,3-bis(etinil)benceno, respectivamente. La reacción se lleva a cabo en ausencia de luz y en baño de hielo. Se adicionan 0,27g de nitrato de plata (1,59 mmol) y 3,63 g de N-yodo succinimida (15,85 mmol) sobre una disolución de 1,00 g del correspondiente bis(etinil)benceno (7,93 mmol) en acetona (ca. 50 mL). La reacción se agita vigorosamente durante 5 horas. Transcurrido este tiempo, se lava con dietileter frío y se filtra. El filtrado se evapora obteniéndose un sólido amarillo que se disolvió en diclorometano. Dicha disolución se extrae con 50 mL de agua. La fase orgánica se seca con sulfato de magnesio anhidro y se filtra. Finalmente, la disolución se evapora a vacío dando lugar a un sólido amarillo de olor picante. 1,4-bis(yodoetinil)benceno: Rendimiento: 80%. 1H-RMN: (300 MHz, CDCl3): δ ppm 7.36 (s, 4H); IR ATR (cm-1):1500 (media), 1400, (media) 831 (sustitución para del anillo); 539 (enlace C-I). 1,3-bis(yodoetinil)benceno: Rendimiento: 84% . 1H-RMN: (300 MHz, CDCl3) δ ppm 7.22 – 7.29 (td, J = 6.8, 1.6 Hz, 1H), 7.35 – 7.37 (dd, J = 1.6, 0.6 Hz,1H), 7.35 – 7.42 (t, J = 1.2 Hz,1H), 7.46 – 7.51 (td, J = 1.7, 0.7 Hz,1H); IR: 1472(media), 887, 785, 675(sustitución meta del anillo); 528 (enlace C-I); Método experimental Anexo I 41 I.I.II Síntesis de 2,8-diyodo-6H,12H-5,11-metanodibenzo[b,f][1,5]diazocina La reacción se lleva a cabo en ausencia de la luz y atmósfera inerte de Argón. Se adicionan a un matraz de dos bocas 1,00 g de 4-yodo-anilina (4,57 mmol) y 0,27 g de paraformaldehido. El recipiente se introduce en un baño de hielo y sal y se mantuvo la temperatura en torno a -15ºC en los instantes iniciales de la reacción. A continuación, se adicionan lentamente 13,00 g (8,8 mL) de ácido trifluoroacético frío. La mezcla se agita durante 24 horas dejando que se alcance la temperatura ambiente. Transcurrido dicho tiempo se vierte el contenido del matraz en un vaso de hielo y se adiciona amoniaco(33%) hasta alcanzar un pH=11. A continuación se realizan tres extracciones diclorometano-agua (50mL). Se unen las fases orgánicas y se añade sulfato de magnesio anhidro para eliminar el agua residual , se filtra y se evapora a vacio. El sólido obtenido se disuelve en la mínima cantidad posible de diclorometano y se pasa por una columna cromatográfica de sílica-gel como fase estacionaria y diclorometano como eluyente. El seguimiento de los productos eluidos se realiza mediante cromatografía de capa fina. Se juntan las fracciones eluidas que contienen el producto deseado y se evapora a vacío. Se obtuvieron 0,97 g un sólido amarillo-verdoso. Rendimiento: 83%.1H RMN (300 MHz, CDCl3-d) δ 7.46 (dd, J = 8.5, 1.8 Hz, 2H), 7.24 (d, J = 1.9 Hz, 2H), 6.88 (d, J = 8.5 Hz, 2H), 4.63 (d, J = 16.8 Hz, 2H), 4.25 (s, 2H), 4.08 (d, J = 16.8 Hz, 2H) . );IR ATR (cm1): 822(intensa), 1209(intensa); 1472(intensa); 2903(débil) I.I.III Yoduro de1-metil-5,13-diyodo-1-azonia-9azatetraciclo(7 7 1 02,7 010,15)heptadeca-2,4,6,10,12,14hexaeno Se introduce en un baño de hielo un vial con 100 mg (0,21 mmol) de 2,8-diyodo-6H,12H5,11-metano-dibenzo[b,f][1,5]diazocina y se adicionan 2 mL de CH3I (32,12 mmol) . Se mantuvo en agitación durante 30 minutos en el baño y posteriormente otras 3 horas a temperatura ambiente hasta que se evapora todo el disolvente. Finalmente, se lava con diclorometano. Se obtuvieron 122,8 mg de producto (0,2 mmol). Rendimiento: 94,3% . 1H NMR (300 MHz, DMSO-d6) δ 7.89 (s, 2H), 7.70 (m, J = 8.4, 1.7 Hz, 2H), 7.55 (d, J = 1.7 Hz, 1H), 7.17 (d, J = 8.5 Hz, 1H), 5.40 (d, J = 11.3 Hz, 1H), 5.14 (d, J = 15.9 Hz, 1H), 4.95 (d, J = 11.3 Hz, 1H), 4.88 (d, J = 16.0 Hz, 1H), 4.77 (d, J = 17.4 Hz, 1H), 4.36 (d, J = 17.4 Hz, 1H), 3.66 (s, 3H) . ); IR ATR (cm-1): 737(intensa), 813(intensa); 1480(intensa);3003(débil). I.II Cocristalizaciones Los cocristales entre un dador de enlaces de halógeno (derivado de bis(yodoetinil)benceno) y un aceptor de enlaces de halógeno (compuesto nitrogenado) fueron preparados mediante diversas técnicas: evaporación lenta, difusión lenta, activación mecánica y activación mecano-química. A continuación se describen brevemente las técnicas de cocristalización. Caracterización Anexo II 48 II.II Cacterización mediante RMN de protón. II.II.I Espectro RMN de P-BIB en CHCl3-d. II.II.II Espectro RMN de M-BIB en CDCl3-d. Caracterización Anexo II 49 II.II.III Espectro RMN de BT1 en CHCl3-d. II.II.IV Espectro RMN de BT2 en DMSO-d. 50 Anexo III: Comparativa de espectros IR-FT Comparativa IR-FT Anexo III 51 En este anexo se muestra la comparativa de espectros IR-FT de los aceptores de enlace de halógeno frente a los complejos formados con bis(yodoetinil)benceno .En algunos casos se incluye también la señal del correspondiente bis(yodoetinil)benceno, para clarificar la correspondencia de ciertos picos. También se muestra la comparativa del espectro de cierto complejo de EX al obtenerlo empleando diferentes disolventes (el término sin disolvente hace referencia a la preparación en el molino). III.I P-BIB_P-1,2 III.I.I Espectros IR-FT deP-1,2, P_BIB yel complejo de EX, P-BIB_P-1,2. III.I.II Espectro IR-FT de P-BIB_P-1,2 : comparativa de disolventes. 1564,2 1444,6 1566,1 1446,5 13601410146015101560 Número de ondas [cm-1] P-1,2 P-BIB P-BIB_P-1,2 13601410146015101560 Número de ondas [cm-1] Sin disolvente Acetona Acetonitrilo Diclorometano Acetona+Acetonitrilo Comparativa IR-FT Anexo III 52 III.II M-BIB_P-1,2 III.II.I Espectros IR-FT deP-1,2, M-BIB y el complejo de EX, M-BIB_P-1,2. III.II.II Espectro IR-FT de M-BIB_P-1,2: comparativa de disolventes. 1564,2 1413,7 1566,1 1415,6 13601410146015101560 Número de ondas [cm-1] P-1,2 M-BIB M-BIB_P-1,2 13601410146015101560 Número de ondas [cm-1 ] M-BIB_P-1,2 Acetona Acetona+acetonitrilo Acetonitrilo Acetato de etilo Diclorometano Acetonitrilo+Tolueno Comparativa IR-FT Anexo III 53 III.III M-BIB_P-1,4 III.III.I Espectros IR-FT deP-1,4, M_BIB y el complejo de EX, M-BIB_P-1,4. III.III.II Espectro IR-FT de M-BIB_P-1,4 : comparativa de disolventes. 1490,9 1417,6 1481,2 1409,9 0,65 0,7 0,75 0,8 0,85 0,9 0,95 1 13601410146015101560 Número de ondas [cm-1] P-1,4 M-BIB M-BIB_P-1,4 13601410146015101560 Número de ondas [cm-1] M-BIB_P-1,4 Acetona Diclorometano Sin disolvente(Molino) Comparativa IR-FT Anexo III 54 III.IV P-BIB_TZ III.IV.I Espectros IR-FT de TZ, P-BIB y el complejo de EX, P-BIB_TZ. III.V P-BIB_TPTZ III.V.I Espectros IR-FT de TPTZ, P_BIB y el complejo de EX, P-BIB_TPTZ. 1548,7 1400,2 1400,2 1558,4 1546,8 1406,0 1400,2 13601410146015101560 Número de ondas [cm-1] TZ P-BIB P-BIB_TZ 1573,8 1510,1 1369,3 1573,8 1512,1 1371,3 13601410146015101560 Número de ondas [cm-1] TPTZ P-BIB P-BIB_TPTZ Comparativa IR-FT Anexo III 55 III.V.II Espectro IR-FT de P-BIB_P-1,2 : comparativa de disolventes. III.VI P-BIB_TCBQ III.VI.I Espectros IR-FT deTCB, P_BIB y el complejo de EX, P-BIB_TCBQ. 13601410146015101560 Número de ondas[cm-1] P-BIB_TPTZ Sin disolvente(molino) Diclorometano 1687,6 1676,0 1566,1 1689,5 1677,9 1568,0 15501570159016101630165016701690171017301750 Número de ondas (cm-1] TCBQ P-BIB_TCBQ Comparativa IR-FT Anexo III 56 III.VII P-BIB_AQN III.VII.I Espectros IR-FT de AQN, P_BIB y el complejo de EX, P-BIB_AQN. III.VIII P-BIB_FTZOL III.VIII.I Espectros IR-FT deFTZOL, P_BIB y el complejo de EX, P-BIB_FTZOL 1674,1 1589,2 1575,7 1676,0 1589,2 1579,6 15501570159016101630165016701690171017301750 Número de ondas [cm-1] AQN P-BIB_AQN 1517,9 1494,7 1446,5 1525,6 1498,6 1448,4 14001420144014601480150015201540 Número de ondas cm-1 FTZOL P-BIB_FTZOL Comparativa IR-FT Anexo III 57 III.IX M-BIB_FTZOL III.IX.I Espectros IR-FT de FTZOL, M_BIB y el complejo de EX, M-BIB_FTZOL III.X P-BIB_HMTA III.X.I Espectros IR-FT de HMTA, P_BIB y el complejo de EX, PBIB_-HMTA. 1517,9 1494,7 1471,6 1446,5 1519,8 1498,6 1473,5 1448,4 14001420144014601480150015201540 Número de ondas [cm-1] FTZOL M-BIB-FTZOL 1369,3 1232,4 999,0 1369,3 1232,4 1001,0 950100010501100115012001250130013501400 Número de ondas [cm-1] HMTA P-BIB P-BIB_HMTA 64 Anexo V: Datos sobre la resolución de estructuras cristalinas Estructura BT2.4 Anexo VI 66 V.I Cristal de M-BIB Tabla V.1Datos del cristal y del refinamiento de la estructura M-BIB. Fórmula empírica C10 H4 I2 Peso molecular 377.93 Temperatura 293(2) K Longitud de onda 0.71073 Å Sistema cristalino Monoclinic Grupo espacial c2/c Dimensiones de celda unidad a = 26.391(2) Å = 90°. b = 4.2415(3) Å = 108.977(9)°. c = 19.9116(15) Å  = 90°. Volumen 2107.7(3) Å3 Z 8 Densidad (calculada) 2.382 Mg/m3 Coeficiente de absorción 5.913 mm-1 F(000) 1360 Tamaño del cristal 0.18 x 0.14 x 0.12 mm3 Intervalo theta de toma de datos 3.11 to 24.71°. Intervalos de índices -27<=h<=30, -3<=k<=4, -22<=l<=22 Reflexiones recogidas 4931 Reflexiones independientes 1701 [R(int) = 0.0636] Completitud hasta theta = 24.71° 95.5 % Método de refinamiento Full-matrix least-squares on F2 Datos/ restricciones / parámetros 1701 / 0 / 109 Goodness-of-fit on F2 1.042 Índices R finales [I>2sigma(I)] R1 = 0.0650, wR2 = 0.0970 Índices R (todos los datos) R1 = 0.1111, wR2 = 0.1140 Diferencia máxima de pico y hollo 0.568 and -0.583 e.Å-3 Estructura BT2.4 Anexo VI 67 Tabla V.2Coordenadas atómicas ( x 104) y parámetros de desplazamiento isotrópico (Å2x 103) para el cristal M-BIB. U(eq) está definida como un tercio de la señal del tensor ortogonalizado Uij . ______________________________________________________________________________ x y z U(eq) ________________________________________________________________________________ I(1) 1228(1) 1876(2) 826(1) 62(1) C(1) 1452(6) 3720(30) 45(6) 59(4) C(2) 1568(5) 4850(30) -415(6) 53(3) I(2) -95(1) 12805(2) -3882(1) 81(1) C(3) 1690(6) 6370(30) -1004(6) 48(3) C(4) 1303(5) 7610(20) -1567(5) 39(3) C(5) 1400(6) 9170(30) -2123(6) 51(3) C(6) 1930(6) 9480(30) -2087(6) 60(4) C(7) 2334(5) 8180(30) -1529(6) 64(4) C(8) 2214(6) 6700(30) -991(6) 63(4) C(9) 953(6) 10380(30) -2692(6) 59(4) C(10) 571(6) 11360(30) -3142(7) 62(4) ________________________________________________________________________________ Estructura BT2.4 Anexo VI 68 V.II Cristal M-BIB_P-1,2 Tabla V.3Datos del cocristal y del refinamiento de la estructura M-BIB_P-1,2 . Fórmula empírica C8 H5 I N Peso molecular 242.03 Temperatura 100.00(10) K Longitud de onda 1.5418 Å Sistema cristalino Orthorrombic Grupo espacial Pnma Dimensiones de celda unidad a = 12.56832(18) Å = 90°. b = 14.3151(2) Å = 90°. c = 7.96899(12) Å  = 90°. Volumen 1433.76(4) Å3 Z 8 Densidad (calculada) 2.242 Mg/m3 Coeficiente de absorción 34.369 mm-1 F(000) 904 Tamaño del cristal 0.2124 x 0.1757 x 0.1157 mm3 Intervalo theta de toma de datos 6.18 to 74.15°. Intervalos de índices -15<=h<=15, -17<=k<=15, -9<=l<=9 Reflexiones recogidas 9800 Reflexiones independientes 1509 [R(int) = 0.0415] Completitud to hasta = 74.15° 99.5 % Corrección de absorción Analytical Max. y min. transmisión 0.230 and 0.038 Método de refinamiento Full-matrix least-squares on F2 Datos/ restricciones / parámetros 1509 / 0 / 103 Goodness-of-fit on F2 1.078 Índices R finales [I>2sigma(I)] R1 = 0.0272, wR2 = 0.0675 Índices R (todos los datos) R1 = 0.0284, wR2 = 0.0689 Diferencia máxima de pico y hollo 0.853 and -1.968 e.Å-3 Estructura BT2.4 Anexo VI 69 Tabla V.4. Coordenadas atómicas ( x 104) y parámetro de desplazamiento isotrópico (Å2x 103)Para el cocristal M-BIB_P-1,2. U(eq) está definida como un tercio de la señal del tensor ortogonalizado Uij. ________________________________________________________________________________ x y z U(eq) ________________________________________________________________________________ I(1) 5386(1) 5830(1) -2091(1) 16(1) C(1) 4337(3) 4827(2) -2790(4) 19(1) C(2) 3775(3) 4191(2) -3204(4) 18(1) C(3) 3229(2) 3350(2) -3681(4) 16(1) C(4) 2301(3) 3346(2) -4649(4) 21(1) C(5) 1841(4) 2500 -5109(6) 22(1) C(6) 3673(3) 2500 -3182(5) 15(1) N(1) 3034(2) 2969(2) 933(3) 19(1) C(20) 2218(3) 3422(2) 252(4) 21(1) C(21) 1345(2) 2978(2) -456(4) 22(1) Estructura BT2.4 Anexo VI 70 V.III M-BIB_ONA Tabla V.5Datos del co-cristal y del refinamiento de la estructura M-BIB_ONA Fórmula empírica C13 H10 I2 O Peso molecular 436.01 Temperatura 293(2) K Longitud de onda 0.7107 Å Sistema cristalino Monoclinico Grupo espacial P 1 21/m 1 Dimensiones de celda unidad a = 4.2101(2) Å = 90°. b = 14.0293(7) Å = 90.593(5)°. c = 11.6962(6) Å  = 90°. Volumen 690.80(6) Å3 Z 2 Densidad (calculada) 2.096 Mg/m3 Coeficiente de absorción 4.530 mm-1 F(000) 404 Tamaño del cristal 0.19 x 0.15 x 0.14 mm3 Intervalo theta de toma de datos 2.90 to 26.36°. Intervalos de índices -3<=h<=5, -17<=k<=14, -8<=l<=13 Reflexiones recogidas 2308 Reflexiones independientes 1301 [R(int) = 0.0287] Completitud hasta theta = 26.36° 87.7 % Corrección de absorción Semi-empirical from equivalents Max. y min. transmisión 1.00000 and 0.71765 Método de refinamiento Full-matrix least-squares on F2 Datos/ restricciones / parámetros 1301 / 0 / 83 Goodness-of-fit sobre F2 1.011 Índices R finales [I>2sigma(I)] R1 = 0.0270, wR2 = 0.0557 Índices R (todos los datos) R1 = 0.0348, wR2 = 0.0599 Diferencia máxima de pico y hollo 0.783 and -0.806 e.Å-3 Estructura BT2.4 Anexo VI 71 Tabla V.6 Coordenadas atómicas ( x 104) y parámetro de desplazamiento isotrópico (Å2x 103) Para el cocristal M-BIB_ONA.. U(eq) está definida como un tercio de la señal del tensor ortogonalizado Uij . ________________________________________________________________________________ x y z U(eq) ________________________________________________________________________________ I(1) 844(1) 5970(1) 8018(1) 26(1) C(1) -692(9) 4897(3) 7015(4) 27(1) O(1) 2968(10) 7500 9550(4) 35(1) C(2) -1610(10) 4232(3) 6471(4) 25(1) C(3) -2651(10) 3368(3) 5930(4) 24(1) C(4) -1673(14) 2500 6399(6) 26(2) C(5) -4528(10) 3361(3) 4944(4) 26(1) C(6) -5451(17) 2500 4460(6) 31(2) C(10) 4778(14) 7500 10371(5) 24(2) C(11) 5911(11) 6583(3) 10891(4) 33(1) ________________________________________________________________________________ 72 Anexo VI: Descripción de la estructura cristalina BT2.4 Estructura BT2.4 Anexo VI 73 La estructura BT2.4 presenta dos moléculas de base de Tröger diyodada en la unidad asimétrica (Z=2). Cada una de ellas se corresponde con un enantiómero. En cada enántiómero, el ángulo entre los planos que contienen a los anillos que forman la hendidura es muy similar, ceracano a los 100˚ (101,4˚ y 99,98˚). Las principales interacciones que dirigen esta estructura son los enlaces de halógeno que se muestran en Figura VI.1 Se observa una interacción C-I1··I2 de 3,859 Å con un ángulo C-I1··I2 de 172,84˚ y otra interacción C-I2··N de 3,158 Å con un ángulo C-I2··N de 163,52˚. En este caso, el yodo I1 actúa únicamente como electrófilo(dador de enlace de halógeno) mientras que I2 actúa simultáneamente como nucleófilo (en la interacción que establece con I1), y como electrófilo (en la interacción que establece con N), es decir, se comporta simultáneamente como aceptor y dador de enlace de halógeno. Esto es posible gracias a la distribución anisotrópica de la densidad electrónica en los halógenos,ya comentada. Figura VI.1Interacciones de enlace de halógeno establecidas entre las moléculas de BT1 (arriba); organización de las moléculas de BT1 en la esctrura a lo largo del eje c Por una parte, la interacción C-I2··N permite el establecimiento de cadenas entre enantiómeros del mismo tipo (pintados en rojo en Figura VI.1) en las que cada molécula está girada 48,33˚ con respecto a la que precede. Por otra parte, la interacción C-I1··I2 es responsable de la aparición de una secuencia de enantiómeros de distinto tipo(rojo y verde)