A transferência de carga, ou o movimento de elétrons, pode ocorrer dentro de uma molécula ou entre duas moléculas. A combinação dos dois tipos de transferência de carga é desafiadora. Agora, cientistas do Instituto de Tecnologia Shibaura, Japão, desenvolveram um cristal de transferência de carga híbrida usando uma nova molécula de pirazinaceno. Este cristal é capaz de reagir com o naftaleno para produzir uma mudança de cor reversível, do azul esverdeado para o vermelho-violeta. Esses cristais de mudança de cor podem ter várias aplicações em potencial na ciência dos materiais.
A transferência de carga é um processo no qual os elétrons se movem dentro de uma molécula ou entre duas moléculas. É um processo químico essential que pode ser aplicado a uma ampla gama de tecnologias. A transferência de carga intramolecular (TIC) ocorre quando os elétrons são trocados entre grupos de doadores e aceitadores dentro de uma molécula por meio de uma série de órbitas de elétrons sobrepostas. Essa troca cria uma mudança no comprimento de onda da luz em direção à extremidade vermelha do espectro da luz (desvio para o vermelho). Esta mudança de cor observável devido às TIC possui aplicações na fabricação de corantes e LEDs orgânicos (OLEDs).
Enquanto isso, a transferência de carga intermolecular (TC), quando os elétrons são trocados entre diferentes moléculas, podem ser realizados usando moléculas orgânicas ‘conjugadas com’ π, através das quais o movimento de elétrons ocorre de doadores para aceitadores. A TC desempenha um papel essential em dispositivos fotovoltaicos, semicondutores e outras aplicações. A combinação de TC com TIC em um único sistema híbrido pode levar ao desenvolvimento de novos materiais. No entanto, alcançar isso tem sido desafiador porque requer controle preciso sobre o projeto molecular e as interações intermoleculares. Além disso, o sistema híbrido deve ser composto de materials que permanece estável sob condições de transferência tão rápidas.
Os pirazinacenos, uma classe de moléculas aromáticas (em forma de anel), podem ser um candidato promissor para essa tarefa. Os pirazinacenos podem servir como uma ponte entre uma molécula de doador e aceitador, facilitando a TC. Sendo deficientes em elétrons, o pirazinaceno permite que os elétrons se movam facilmente dentro de sua estrutura semelhante a um anel, facilitando as TIC. Isso pode levar à formação de um sistema híbrido CT-ICT, embora sua eficácia permaneça não testada.
Agora, em um novo estudo, cientistas da Escola de Pós-Graduação em Engenharia e Ciência, Instituto de Tecnologia de Shibaura (SIT), Japão-Professor Akiko Hori, Sr. Kazushi Nakada e Dr. Gary James Richards-descrevem um novo sistema de CT-IT (Composto 1) que utiliza o romance Pyrazinacen DeRivative, 6,7-bis {4- (difenilamino) -fenil} -pirazino (2,3-b) pirazina-2,3-dicarbilitrila. Esse núcleo de pirazinaceno liga os grupos trifenilamina, doadores de elétrons fortes, com grupos de ciano, aceitadores de elétrons. O estudo foi realizado on-line em 24 de janeiro de 2025 e publicado no quantity 31, edição 18 de Química – um diário europeu em 25 de março de 2025.
Composto um co-cristalizado em uma proporção de 1: 1 com naftaleno. Os cristais resultantes exibiram uma mudança dramática de cor, mudando de azul esverdeado para vermelho-violeta. Essa interação foi específica para naftaleno. Experimentos com derivados de naftaleno, como o octafluoronaftaleno, não resultaram em co-cristalização; Em vez disso, eles levaram à repulsão eletrônica. Análise termogravimétrica e difração de raios X em pó confirmaram a especificidade do composto 1 para o naftaleno e demonstraram co-cristalização bem-sucedida. Os cálculos da teoria funcional da densidade (DFT) revelaram que a mudança de cor distinta surge de um evento de TC intermolecular facilitado pelo novo pirazinaceno. O evento CT interrompe as TIC, resultando em um turno azul.
“O design de nossa molécula alcança a concorrência entre a transferência de carga intramolecular e intermolecular”, diz Nakada, estudante de pós -graduação da SIT e o primeiro autor deste artigo. Elaborando ainda mais, ele diz: “Isso permite que nossa molécula atue como um sensor que pode, através de uma simples mudança de cor, identificar quantidades uniformes de naftaleno – uma substância regulada ambientalmente – em água doce e água do mar”.
Ao analisar a estrutura cristalina, os pesquisadores descobriram que o processo de reconhecimento molecular, responsável pela mudança de cor nesses cristais, é facilitado pelas interações π orco ··· π. Os átomos de hidrogênio do naftaleno são estendidos em direção aos átomos de nitrogênio do pirazinaceno (composto 1); No entanto, os átomos não estão próximos o suficiente para formar fortes ligações de hidrogênio. Em vez disso, a estrutura cristalina é estabilizada por forças mais fracas de van der Waals. Esses títulos mais fracos podem ser facilmente quebrados e reformados, tornando a mudança de cor um processo reversível. Por exemplo, o aquecimento dos cristais violeta a 180 ° C fez com que o naftaleno separasse, restaurando os cristais à sua cor azul esverdeada authentic.
“Nosso estudo estabelece uma base para sintetizar cristais adaptativos não porosos com propriedades reversíveis de mudança de cor. Esse avanço abre novos caminhos para o desenvolvimento de tecnologias e materiais de sensores para o reconhecimento molecular seletivo”, conclui o Prof. Hori.
