Structure and reactivity of endohedral (metallo)fullerenes

Resum

It all started in 1985, when Kroto, Smalley and Curl discovered by serendipity a new carbon allotrope. They synthesized for the first time the C60 molecule, and named it as ”Buckminsterfullerene”, because of the similarity between its structure and the famous geodesic dome designed by the architect Richard Buckminster Fuller. An interesting type of fullerenes are the so-called endohedral (metallo)fullerenes, which are fullerenes containing atoms, small molecules or metallic clusters inside. A huge interest in this new class of molecules has been awakened mainly due to their potential applications in many different fields, for example in (bio)medicine as a magnetic resonance imaging contrast agents, or in photovoltaics as a new and more efficient dye sensitized solar cells. To that end, it is essential to know and understand their chemical structure and reactivity to ensure their use for (bio)medical purposes and to modify their properties to develop new fullerene-based technology devices or biomaterials. In this thesis the chemical structure and reactivity of endohedral (metallo)fullerenes is studied in detail using state-of-the-art computational tools Al 1985, Kroto, Curl i Smalley van sintetitzar per primera vegada la molècula C60, i la van anomenar ”Buckminsterful·lerè” degut a la similitud entre la seva estructura i la famosa cúpula geodèsica dissenyada per l’arquitecte Richard Buckminster Fuller. Un tipus de ful·lerens molt interessants són els anomenats (metalo)ful·lerens endohèdrics, que són aquells que contenen àtoms, molècules petites o agregats metàl·lics encapusulats al seu interior. Des del seu descobriment s’ha despertat un enorme interès en aquestes molècules degut a les seves potencials aplicacions en camps molt diferents, com per exemple en (bio)medicina per al seu ús com a agents de contrast en imatge per ressonància magnètica, o en el camp de l’energia fotovoltaica per a la fabricació de noves cèl·lules solars. Per aquesta raó, és imprescindible conèixer i entendre la seva estructura i reactivitat química per tal de garantir el seu ús amb finalitats (bio)mèdiques i per modificar les seves propietats per desenvolupar nous (bio)materials basats en ful·lerens. En aquesta tesi, l’estructura química i la reactivitat dels (metalo)ful·lerens endohèdrics s’estudien en detall utilitzant les eines de la química computacional