Un dels reptes actuals de la indústria química és trobar mètodes que faciliten l'optimització de catalitzadors que permeten el desenvolupament de nous processos químics. Normalment, l'optimització de catalitzadors es basa en proves d'assaig i error, en les quals les propietats del catalitzador s'optimitzen en un procés lent i rutinari, en el qual es busquen les millors combinacions entre el lligant i el metall, que són els seus components bàsics. Una vegada que el catalitzador ha estat optimitzat, les seues propietats queden fixades i adaptades per als requisits específics d'un procés químic concret.
Una alternativa molt interessant a aquest mètode és dissenyar un catalitzador que continga un lligant les propietats del qual es puguen modular amb l'aplicació d'un estímul extern. Aquestes propietats, que es coneixen com a «commutables» (de l'anglès switchable), són molt més fàcils de modular i, per tant, d'adaptar a les necessitats específiques de cada reacció. El grup de Química Organometàl·lica i Catàlisi Homogènia (QOMCAT) de la Universitat Jaume I ha dissenyat, durant els últims quatre anys, una sèrie de catalitzadors multisensibles, que són capaços d'adaptar les seues propietats a través de les aplicacions d'estímuls electroquímics, lluminosos, químics i supramoleculars.
L'adaptació de les propietats del catalitzador a través d'un estímul extern simplifica enormement el procés d'optimització, i permet que un mateix catalitzador es puga utilitzar per a facilitar un gran nombre de transformacions químiques. L'estratègia del grup QOMCAT ha estat sintetitzar lligands que combinen naftalendiimides (NDI) amb carbens N-heterocíclics (NHC). Les NDI són compostos orgànics molt sensibles a múltiples estímuls, com ara electroquímics o lluminosos, i fins i tot a l'addició d'anions o additius supramoleculars. I els lligands NHC combinen una gran versatilitat coordinativa juntament amb una gran diversitat estructural, la qual cosa permet que es puga obtenir una gran varietat de catalitzadors de diferents metalls amb una enorme versatilitat geomètrica.
La segona línia de recerca d'aquest grup s'emmarca en el que es coneix com a química supramolecular. La química supramolecular és la branca de la química que estudia les interaccions supramoleculars, és a dir, les interaccions entre molècules, permet comprendre el món biològic i ajuda a establir els principis de la nanotecnologia. Aquesta línia de recerca ha portat al grup QOMCAT a l'obtenció de resultats de gran rellevància, gran impacte i reconeixement internacional.
L'any 2022, el grup va obtenir un nou tipus de «molècula entrellaçada mecànicament» (MIM, de les seues sigles en anglès), que consisteix en l'entrellaçat de dues molècules acícliques. Aquesta molècula, a la qual s'ha anomenat clipà, introdueix un nou paradigma dins de les MIM conegudes fins al moment (catenans i rotaxans), ja que el tipus d'enllaç mecànic que s'estableix entre els seus components és altament nou. Els resultats, destacats en nombroses revistes de divulgació científica, entre les quals hi ha la prestigiosa revista Science, permeten fer un nou pas en el disseny de màquines moleculars i obrin les portes al desenvolupament de nous materials amb propietats encara per descobrir.
El grup QOMCAT també ha estudiat sistemes dinàmics, en els quals una molècula confinada dins de la cavitat d'una altra molècula de grandària més gran experimenta un moviment controlat. Comprendre quins són els factors que determinen el moviment de la molècula confinada (guest), dins de la molècula que presenta la cavitat (host), són de vital importància per a dissenyar sistemes en els quals aquests moviments es puguen promoure de forma dirigida i, per tant, ser utilitzats en el disseny de màquines moleculars.
L'any 2024, el grup va dissenyar una «llançadora molecular» (molecular shuttle), en la qual una molècula confinada en la cavitat d'una altra molècula de grandària nanomètrica experimentava un moviment de translació la velocitat de la qual es podia controlar per la temperatura. Aquest resultat constitueix un avanç fonamental en el disseny de màquines moleculars i va tenir gran repercussió científica. En la votació organitzada per a triar la molècula més rellevant de l'any per la revista C&En News, la llançadora molecular va quedar en segon lloc, després de la ciclodextrina del Premi Nobel Sir Fraser Stoddart, i aquesta mateixa publicació, una de les més prestigioses de divulgació en química, també va publicar un article sobre aquest avanç.
Aquestes recerques formen part del projecte PID2021-127862NB-I00, finançat per MICIU/AEI/10.13039/501100011033 i FEDER/UE, dins del Pla Estatal de Recerca Científica, Tècnica i d'Innovació 2021-2023, i dels projectes de Generalitat Valenciana (CIPROM/2021/079), la Universitat Jaume I (UJI-B2020-01) i TED2021-130647B-I00.
Articles: https://repositori.uji.es/search?query=pid2021-127862nb-i00