Modificación de nanoestructuras de carbonosíntesis de nuevos derivados para su aplicación en biomedicina y materiales

Resumen

Las nanoformas de carbono tales como nanotubos de carbono (CNTs), nanohorns de carbono (CNHs) y fullerenos constituyen nuevos compuestos que abren la puerta a un amplio campo de aplicaciones. Sin embargo, la falta de solubilidad de estos nanomateriales en cualquier disolvente orgánico y su difícil manipulación es uno de los problemas para desarrollar interesantes aplicaciones. El trabajo descrito en la presente Tesis Doctoral se basa en la modificación de estas nanoestructuras de carbono mediante el uso de técnicas de modificación novedosas y medioambientalmente benignas. Una de estas técnicas se basa en el uso de la irradiación microondas como fuente de energía para la modificación covalente de nanotubos y nanohorns de carbono mediante dos tipos de reacciones: la cicloadición 1,3-dipolar de iluros de azometino y la adición radicálica de anilinas sustituidas sobre CNTs y CNHs. Para el caso de la cicloadición 1,3-dipolar, el uso de la radiación microondas ha dado lugar a una disminución de los tiempos de reacción de 5 días en condiciones clásicas a tan sólo una hora. Además, mediante esta técnica se ha conseguido evitar el uso de disolventes contaminantes, puesto que esta reacción se ha llevado a cabo en ausencia de disolvente. Por otra parte, en el caso de la adición radicálica se ha conseguido una eficiente funcionalización de la nanoestructura bajo irradiación microondas y usando agua como disolvente. Estas dos reacciones se han llevado a cabo en serie para la síntesis de derivados doblemente funcionalizados. Estos nuevos derivados contienen grupos protectores ortogonales que pueden ser desprotegidos selectivamente para la introducción de diversas moléculas dependiendo de la aplicación que se desee. A consecuencia de la funcionalización introducida se ha logrado un aumento considerable de la solubilidad de estas nanoestructuras en disolventes orgánicos, llegando a ser solubles incluso en agua. Este aumento en la solubilidad da lugar a nuevas aplicaciones; por ejemplo se ha sintetizado un derivado híbrido CNHs/dendrímeros de poliamidoamina (PAMAM) potenciando su aplicación como un vector no viral útil en terapia génica. También se ha potenciado el uso de derivados de CNHs para la fabricación de células fotovoltaicas; para ello se ha sintetizado un derivado de CNHs cargado negativamente con el objeto de promover su uso como aceptor de electrones en células orgánicas fotovoltaicas. En la búsqueda de nuevas metodologías para la modificación de nanotubos de carbono, se ha desarrollado el uso de la mecanoquímica como fuente de energía para realizar procesos químicos. Mediante el uso de un molino planetario se han cortado nanotubos de carbono de pared simple (SWNTs) y de pared múltiple (MWNTs), obteniendo tamaños de tubo relativamente homogéneos, a la vez que éstos mantienen sus propiedades electrónicas intrínsecas. Asimismo, esta novedosa metodología permite la funcionalización de estas nanoestructuras de carbono a través de diversas reacciones. También se ha desarrollado un nuevo método para cortar y funcionalizar SWNTs en un único paso usando un derivado de nitreno durante el proceso de molienda. En el desarrollo de nuevas aplicaciones de estos novedosos nanomateriales, se han estudiado las propiedades opto-electrónicas de SWNTs funcionalizados covalentemente para su aplicación en la fabricación de sensores fluorescentes. Este trabajo se realizó durante la estancia predoctoral llevada a cabo bajo la supervisión del Prof. Dirk M. Guldi en el departamente de Química y Farmacia de la Universidad de Erlangen-Nürnberg en Erlangen (Alemania). Por último, en el transcurso de otra estancia predoctoral bajo la supervisión del Prof. Maurizio Prato en el departamento de Ciencias Farmacéuticas de la Universidad de Trieste (Italia), se potenció el uso a nivel biológico de otra forma de carbono: los fullerenos. Para ello se sintetizaron diversos derivados fullerénicos híbridos con dendrímeros de PAMAM con el objeto de desarrollar su aplicación en el campo de la biomedicina.