Síntesis y estudio de las propiedades de multirradicales orgánicos en disolución y superficie

Abstract

La presente memoria de Tesis Doctoral, titulada “Síntesis y estudio de las propiedades de multirradicales orgánicos en disolución y superficie” se encuentra dividida en tres partes: Introducción General, Bloque I y Bloque II. Cada bloque consta de una introducción específica del tema en estudio, seguido de los objetivos propuestos. A continuación, se muestran y discuten los resultados obtenidos en esta Tesis Doctoral y seguidamente se desarrollan las conclusiones extraídas. Por último, se muestra la caracterización de los compuestos en la parte experimental. Tanto las conclusiones como la parte experimental se redactan en inglés ya que esta Tesis Doctoral opta a Mención Internacional. En la Introducción General se expone una breve explicación de lo que es el enlace químico y cómo la ruptura de este puede dar lugar a la formación de radicales. Así mismo, se explica cómo se descubrieron, las diferentes formas de clasificarlos y parámetros característicos de estos como el índice de carácter radicalario y el gap singlete-triplete. Por último, se detallan los tipos de radicales orgánicos que se pueden encontrar en disolución. El Bloque I, el cual se centra radicales con estructuras de indenofluoreno sintetizadas en disolución, comienza con una breve introducción de los diferentes isómeros de indenofluoreno que existen, seguida de una revisión bibliográfica de los diferentes indenofluorenos sintetizados en disolución, así como de los polirradicales basados en dicha estructura, tanto acíclicos como cíclicos estudiados hasta el momento. Tras esto, se desarrollan tres objetivos. El primer objetivo se basa en encontrar un sustituyente en las posiciones 2 y 8 del núcleo de indenofluoreno que aumente la solubilidad de este cuando presente el grupo protector 2,4,6-trimetilfenilacetileno en las posiciones apicales, impidiendo así que se produzcan fuertes interacciones π-π intermoleculares que dificultan la solubilidad de estos compuestos, pero sin comprometer su estabilidad. En el segundo objetivo se lleva a cabo la síntesis de dirradicales quirales que permiten el acceso a estructuras open-shelll helicoidales. Se ha estudiado la barrera de racemización de los compuestos sintetizados en este objetivo, así como sus propiedades optoelectrónicas, quirópticas y magnéticas, donde uno de los compuestos obtenidos presenta paramagnetismo de Pauli. En el tercer objetivo de este bloque se han diseñado y probado diversas rutas sintéticas para la obtención de hexarradicales cíclicos en disolución. Por otra parte, el Bloque II se centra en sistemas multirradicalarios sintetizados en superficie basados en estructuras derivadas de indenofluoreno. Así pues, este comienza con una introducción donde se recogen los principales trabajos en este campo, seguido del objetivo principal del bloque, la síntesis en disolución de los precursores necesarios para la obtención de multirradicales de tamaño creciente que, posteriormente, serán sometidos a ciclodeshidrogenaciones en superficie, seguidas de pulsos de voltaje en las posiciones apicales para dar lugar a la formación de radicales. Algunos resultados preliminares de los estudios en superficie se muestran al final del bloque.

This PhD dissertation is entitled ‘Synthesis and study of the properties of organic multi radicals in solution and on the surface’. It is divided into three parts: General Introduction, Section I and Section II. Each section consists of a specific introduction about the topic under study, followed by the proposed objectives. Then, the results obtained are discussed and the conclusions drawn are developed. Finally, the characterization of the compounds is shown in the experimental section. Both the conclusions and the experimental section are written in English since this Doctoral Thesis is eligible for an “International Doctorate” Mention. The General Introduction gives a brief explanation of what the chemical bond is and how the breaking of this bond can lead to the formation of radicals. It also explains how they were discovered, the different ways of classifying them and their characteristic parameters such as the radical character index or the singlet-triplet gap. Finally, the types of organic radicals that can be found in solution are detailed. The first part, which focuses on radicals with indenofluorene structures synthesized in solution, begins with a brief introduction of the different indenofluorene isomers that exist, followed by a literature review of the different indenofluorenes synthesized in solution, as well as the polyradicals, both acyclic and cyclic, containing that structural pattern studied to date. After this, three objectives are developed. The first objective is based on finding a substituent in positions 2 and 8 of the indenofluorene core that increases the solubility of this when the 2,4,6- trimethylphenylacetylene protecting group is present in the apical positions, thus preventing strong π-π intermolecular interactions that hinder the solubility of these compounds, but without compromising their stability. In the second objective, the synthesis of chiral diradicals that allow access to open-shell helical structures is carried out. The racemization barrier of the compounds synthesized in this objective has been studied, as well as their optoelectronic, chiroptical and magnetic properties, where one of the compounds obtained shows Pauli paramagnetism. In the third objective of this part, several synthetic routes for obtaining cyclic hexaradicals in solution have been designed and tested. On the other hand, the second part focuses on multi-radical systems synthesized on metal surfaces that bear the indenofluorene core. It begins with an introduction that covers an overview of the main works in this field, followed by the principal objective of the section: the synthesis in solution of the precursors necessary to obtain multi-radicals of increasing size, which are then subjected on-surface cyclodehydrogenation, followed by voltage pulses at the apical positions to give rise to the formation of radicals. Some preliminary results about onsurface studies are shown at the end of the section.