Un grupo de investigadores de la Universidad de Shibaura, en Japón, ha desarrollado un novedoso sistema de transferencia de carga que combina la transferencia intramolecular (ICT) y la transferencia intermolecular (CT). Este avance tiene aplicaciones prometedoras en la detección de sustancias químicas, particularmente en el caso del naftaleno, un compuesto que puede tener implicaciones ambientales significativas.
El sistema, descrito en un estudio publicado en Chemistry—A European Journal, utiliza un derivado de pirazinas conocido como 6,7-bis{4-(diphenylamino)-phenyl}-pyrazino[2,3-b]pyrazine-2,3-dicarbonitrilo, que actúa como un puente entre grupos donadores y aceptores de electrones. Este diseño molecular permite que la transferencia de electrones se lleve a cabo de manera eficiente, logrando un cambio de color notable en los cristales a medida que se detecta el naftaleno.
El Mecanismo de Detección
El proceso de transferencia de carga es fundamental en una amplia variedad de tecnologías, desde dispositivos fotovoltaicos hasta diodos emisores de luz orgánicos (OLED). La ICT ocurre dentro de una misma molécula, mientras que la CT se produce entre diferentes moléculas. La combinación de ambos procesos en un único sistema híbrido ha presentado desafíos significativos, principalmente debido a la necesidad de un control preciso sobre el diseño molecular y las interacciones intermoleculares.
El grupo de investigadores, encabezado por la profesora Akiko Hori, ha logrado sintetizar un sistema híbrido que demuestra una respuesta notable ante la presencia de naftaleno. Al co-cristalizar con este compuesto, los cristales exhiben un cambio de color de verde azulado a rojo-violeta, un fenómeno que se ha confirmado a través de análisis termogravimétricos y difracción de rayos X en polvo. Este cambio de color no solo es notable, sino que también es específico para el naftaleno, ya que interacciones con derivados del naftaleno, como el octafluoronaftaleno, no resultaron en co-cristalización.
La investigación revela que el cambio de color observado es el resultado de un evento de CT intermolecular que interfiere con la ICT, produciendo un desplazamiento azul. Este mecanismo se basa en interacciones π-hole···π, donde los átomos de hidrógeno del naftaleno interactúan con los átomos de nitrógeno del pirazinaseno, aunque no son lo suficientemente cercanos para formar enlaces de hidrógeno fuertes. En su lugar, se estabilizan mediante fuerzas de Van der Waals más débiles, que son fáciles de romper y reformar, permitiendo que el cambio de color sea un proceso reversible.
Los resultados de esta investigación no solo representan un avance en el campo de la química de materiales, sino que también abren nuevas vías para el desarrollo de tecnologías de sensores. Este tipo de sensores podría ser de gran utilidad en la monitorización ambiental, especialmente en la detección de compuestos regulados como el naftaleno en aguas frescas y marinas.
