Enllaç entre dues estrelles de la química: grafè i porfirina

Com hem comentat altres vegades, a partir del carboni s’aconsegueix el grafè. Aquest material sorgeix quan petitíssimes partícules de carboni s’agrupen de forma molt densa en làmines de dues dimensions molt fines (tenen la mida d’un àtom), i en cel·les hexagonals. La seva estructura és similar a la que resulta de dibuixar una bresca d’abelles en un full com  una superfície plana, de dues dimensions, com el grafè. El grafè s’obté a partir d’una substància abundant en la naturalesa, el grafit.

Malgrat que el grafè es coneix des de la dècada de 1930, va ser abandonat per considerar-lo massa inestable. No va ser fins molts anys després, el 2004, quan els científics d’origen rus Novoselov i Geim van aconseguir aïllar-lo a temperatura ambient. Aquest descobriment no va ser intranscendent, ja que gràcies a ell van obtenir el Premi Nobel el 2010.

És un material molt dur, resistent, flexible i molt lleuger; el que permet modelar segons les necessitats de cada cas. Condueix molt bé tant la calor com l’electricitat; i roman en condicions molt estables quan se’l sotmet a grans pressions.

Per altra banda, per a l’existència de la vida com la coneixem, són indispensable les biomolècules, les quals agrupem en carbohidrats, proteïnes, lípids i àcids nucleics. A part,  hi ha altres molècules que, si bé no estan classificades dins d’aquests grups, també són de gran importància en diversos processos bioquímics que donen lloc a aquesta. Un d’aquests grups són les porfirines, la seva estructura i característiques les fa un grup de molècules indispensables per a la vida, a més, són més comuns del que sembla. Entre els compostos més coneguts d’aquest grup hi ha la clorofil·la i el grup hemo.

Hi ha porfirines que són compostos complexos ja que el macro cicle en aquests, s’uneix a metalls per mitjà d’enllaços covalents coordinats. Els complexos entre ions metàl·lics i els lligands de porfirina estan compresos entre els mes importants compostos que contenen metalls en els sistemes biològics. L’accessibilitat de la porfirina i els seus anells derivats és un dels factors que permet als sistemes biològics captar i modificar per als seus propòsits, les propietats d’òxidació, reducció i coordinació dels metalls. Per aquesta propietat ells anells proteics que formen part de la clorofil·la són essencials per a la fotosíntesi en les plantes, i de l’hemoglobina, encarregada de transportar l’oxigen a la sang dels animals.

La unió del grafè i la porfirina permetrà fer-lo servir en el camp de l’electrònica molecular -on els circuits electrònics estan compostos per unitats moleculars-, així com en processos catalítics amb els quals s’acceleren multitud de reaccions químiques, i en el desenvolupament de nous sensors de gasos

Entre les diferents investigacions fetes, i factibles aplicacions per a dispositius creats amb l’electrònica molecular, podem trobar: dispositius com els díodes orgànics emissors de llum (OLED per les sigles en anglès), transistors orgànics d’efecte camp (OFET per les sigles en anglès) o panells solars orgànics, molt importants avui en dia, donat que les energies renovables tenen un paper molt important en el nostre dia a dia.

http://www.elmundo.es/ciencia/2017/01/03/586bd23722601d2d1b8b4658.html

En la actualidad es difícil encontrar un material que atraiga tanto la atracción de científicos e ingenieros como el grafeno, formado por una capa de átomos de carbonos distribuidos en forma hexagonal. Es flexible, extremadamente delgado y transparente, al mismo tiempo que presenta una gran resistencia y conduce la electricidad, unos requisitos ideales para multitud de aplicaciones, especialmente en el campo de la electrónica.

Sin embargo, la utilización del grafeno para captar la energía solar o como sensor de gases requiere de unas propiedades específicas de las que carece; aunque las puede adquirir por medio de la adición o funcionalización con determinadas moléculas.

Un equipo de investigadores de la Universidad Técnica de Múnich (TUM), liderado por el profesor Wilhelm Auwärter, ha conseguido unir a la lámina de grafeno un importante grupo bioquímico: las porfirinas, unos anillos proteicos que forman parte de la clorofila, esencial para la fotosíntesis en las plantas, y de la hemoglobina, encargada de transportar el oxígeno en la sangre de los animales.

“Las nuevas estructuras híbridas pueden llegar a usarse en el campo de la electrónica molecular -donde los circuitos electrónicos están compuestos por unidades moleculares-, así como en procesos catalíticos con los que se aceleran multitud de reacciones químicas, y en el desarrollo de nuevos sensores de gases”, destaca a Sinc la investigadora española Manuela Garnica Alonso, coautora del trabajo en la universidad alemana.

La técnica consiste en crecer una capa de grafeno sobre una superficie de plata para aprovechar sus propiedades catalíticas. Después, en condiciones de ultra alto vacío, se añaden las moléculas de porfirina. Estas pierden los átomos de hidrógeno de su periferia cuando se calientan junto a la superficie metálica, y acaban enlazándose a los bordes del grafeno.

Grafeno y porfirina se unen por primera vez

“Por primera vez hemos conseguido unir covalentemente las porfirinas a los bordes del grafeno, es decir, crear enlaces químicos estables, pero sin que este vea alteradas sus valiosas propiedades”, explica Garnica.

Los investigadores han utilizado un microscopio de fuerzas atómicas para caracterizar con mucho detalle la estructura química de las moléculas implicadas. Con este instrumento han observado, por ejemplo, la incorporación de un metal al centro de las porfirina, además de la ligadura específica de moléculas de gases, como oxígeno o dióxido de carbono, sin que las propiedades del grafeno se vean alteradas.

Según los autores, esta nueva técnica de funcionalización del grafeno se podría extender en el futuro a más moléculas, que se unirían a diversas nanoestructuras de carbono, como las cintas de grafeno, también con un gran potencial en el desarrollo de aplicaciones electrónicas.

https://es.wikipedia.org/wiki/Porfirinas

https://es.wikibooks.org/wiki/Las_porfirinas

https://es.wikipedia.org/wiki/Electr%C3%B3nica_molecular

http://www.infografeno.com/

Deixa un comentari

L'adreça electrònica no es publicarà Els camps necessaris estan marcats amb *