Benzothiadiazole and thiophene derivatives in organic photonics and photocatalysis. Computational study of carbon nanomaterials

Resumen

La evolución tecnológica en la que la sociedad actual se encuentra inmersa hace que desarrollo de materiales con nuevas y mejoradas propiedades sea una prioridad, pues ellos son la base de todo lo que nos rodea: dispositivos electrónicos, ropa, medios de transporte, edificios, instrumentos, etc. Los materiales orgánicos se han constituido como una firme alternativa a los tradicionales metales y materiales inorgánicos por sus variadas propiedades, su menor coste y la alta versatilidad que ofrece su fabricación. Por otro lado, las nanoestructuras de carbono (grafeno, puntos cuánticos, nanocuernos, nanotubos, fulerenos, etc) han surgido como prometedores candidatos a “revolucionar” el campo de los nanomateriales. Sus propiedades únicas hacen que cada vez un mayor número de investigaciones se centren en estas formas alotrópicas del carbono. En este sentido, los estudios teóricos basados en estas nanoestructuras constituyen una base muy importante para el entendimiento de muchas de sus propiedades. En este marco, el trabajo descrito en la presente memoria para optar al Grado de Doctor Internacional en Ciencias Químicas se divide en dos partes claramente diferenciadas. En la Parte I se aborda la síntesis de derivados de 1,3,4-tiadiazol, benzo[c][1,2,5]tiadiazol y 2,2’-bitiofeno, presentando sus propiedades como nuevos materiales orgánicos en procesos donde la interacción luz-materia juega un papel importante. Estos procesos engloban campos como el de las guías de onda óptica, los láseres o los fotocatalizadores. Además, la síntesis de estos derivados puede enmarcarse como medioambientalmente benigna ya que en ella se han empleado catalizadores reutilizables, se ha minimizado el empleo de disolventes y se ha empleado la irradiación microondas como fuente de energía. Cabe destacar el papel fundamental de la Química Computacional en este bloque, a partir de la cual se han podido justificar muchas de las evidencias experimentales observadas y se ha podido establecer interesantes relaciones estructura-propiedad necesarias para el diseño de futuros materiales. Además, el carácter predictivo de esta disciplina ha permitido el diseño molecular de algunos de los productos finales, seleccionando a priori la síntesis de aquellos que mejores propiedades presentan. En la Parte II se han llevado a cabo distintos estudios computacionales basados en nanoestructuras de carbono, incluyendo grafeno, puntos cuánticos y nanocuernos. Estos estudios se centran en la adsorción no covalente de moléculas orgánicas sobre estas nanoestructuras y en su relación estructura-propiedad, justificando algunos resultados obtenidos experimentalmente.