Pyrene derivatives for the mechanical interlocking of SWNTsSynthesis, properties, and potential applications

Resumen

In this work we presented four main results: (a) a mild catalytic method to oxidize PAHs and, in particular, pyrene, based on the use of a non-hemo iron catalyst, [Fe(bpmen)(OTf)2], with H2O2 as the oxidant. In analogy with the oxidation of pyrene by natural CYPs, the method affords mainly 1,6- and 1,8-pyrenequinones. Furthermore, we studied the electron accepting properties of pyrenequinones both experimentally, through cyclic voltammetry, and theoretically, calculating their EAs. (b) a simple procedure for the determination of association constants (Ka) between soluble molecules and insoluble and heterogeneous carbon nanotube samples. We report binding constants between five different hosts and two types of SWNTs in four solvents. We have determined numeric values of Ka in the range of 1–104 M -1. The results obtained experimentally were validated through state-of-the-art DFT calculations. (c) the synthesis of rotaxane-type structures in which SWNTs act as threads, based on the previous works in which the mechanical bond is presented as a new tool for chemical manipulation of SWNTs. We used a U-shaped precursor featuring two derivatives of pyrene as units of a recognition element for SWNTs. (d) the reinforcement of polymers by mechanically interlocked derivatives of single-walled carbon nanotubes (SWNTs). We compare the mechanical properties of fibers made of polymers and of composites with pristine single-walled carbon nanotubes (SWNTs), mechanically interlocked derivatives of SWNTs (MINTs) and the corresponding supramolecular models. ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ En este trabajo se presentan cuatro resultados principales: (a) un método de oxidación suave de hidrocarburos policíclicos aromáticos, en particular pireno, basado en el uso de un catalizador de hierro no-hemo, [Fe(bpmen)(OTf)2], con H2O2 como oxidante. Análogamente a la oxidación llevada a cabo por Citocromos P450, el método da lugar a 1,6- y 1,8-pirenoquinonas. Además, estudiamos las propiedades electroaceptoras de las mismas, experimentalmente, por voltametría cíclica, y teóricamente, calculando sus afinidades electrónicas. (b) un procedimiento sencillo para la determinación de constantes de asociación (Ka) entre moléculas solubles y de nanotubos de carbono insolubles y heterogéneos. Se presentan las constantes de asociación entre cinco moléculas diferentes y dos tipos de SWNTs en cuatro disolventes. Hemos determinado valores numéricos de Ka en el rango de 1-104 M-1. Los resultados obtenidos experimentalmente fueron validados mediante cálculos de DFT. (c) la síntesis de estructura tipo rotaxano basada en nanotubos de carbono. Se usaron un receptor en forma de U compuesto por dos unidades de pireno, con gran afinidad por SWNTs, separadas por un espaciador aromático y decoradas con dos cadenas alquílicas terminadas en dos alquenos. Mediante una reacción de cierre de anillo, se obtuvieron derivados mecánicamente enlazados. (d) el estudio de las propiedades mecánicas de los nanotubos de carbono mecánicamente enlazados. Se comparan las propiedades de fibras de polímero y de composites preparados con nanotubos sin modificar, MINT y los correspondientes complejos supramoleculares.