Os químicos da RIKEN desenvolveram um método para produzir derivados sintéticos do corante natural índigo que não requer condições adversas. Esta descoberta poderá inspirar avanços em dispositivos eletrónicos, incluindo dispositivos que respondem à luz e sensores biomédicos elásticos.



Os semicondutores baseados em moléculas orgânicas estão atraindo muito interesse porque - ao contrário dos semicondutores rígidos convencionais baseados em silício - eles podem ser flexíveis, dúcteis e leves, abrindo novas possibilidades para o projeto de dispositivos semicondutores.

As moléculas orgânicas também têm a vantagem de realizar uma ampla gama de estruturas. "Os semicondutores orgânicos têm flexibilidade no design molecular, permitindo-lhes adotar novas funcionalidades", diz Keisuke Tajima, do Centro RIKEN para Ciência da Matéria Emergente, que liderou a pesquisa publicada na Chemical Science. .

Para explorar esse potencial de função eletrônica aprimorada por meio do design molecular, Tajima e sua equipe investigaram uma molécula relacionada ao índigo, chamada 3,3-dihidroxi-2,2-biindan-1,1-diona (BIT). "Este projeto começou com uma pergunta simples:os prótons e os elétrons podem se mover em conjunto no estado sólido?" diz Tajima.

A transferência de elétrons acoplada a prótons - na qual o movimento dos elétrons está ligado ao dos prótons - é frequentemente considerada crítica para a realização de uma transferência eficiente de elétrons em sistemas biológicos. Se puder ser incorporado em materiais orgânicos de estado sólido, poderá levar a semicondutores com propriedades dinâmicas únicas. Até agora, no entanto, nenhum material de estado sólido exibindo transferência de elétrons acoplados a prótons foi demonstrado.

Tajima e sua equipe descobriram agora que o BIT e seus derivados passam por rearranjos incomuns em suas estruturas, envolvendo transferência dupla de prótons, o que pode lhes conferir capacidades únicas como materiais funcionais eletrônicos.

Tajima identificou o BIT e seus derivados como materiais promissores para a transferência de elétrons acoplados a prótons no estado sólido, porque a molécula incorpora dois prótons que parecem idealmente posicionados para saltar de uma posição para outra durante a transferência de elétrons.

Até agora, a produção de BIT exigia condições severas que restringiam severamente a gama de derivados que podiam ser produzidos. Os membros da equipe desenvolveram uma abordagem à temperatura ambiente que permitiu a síntese de vários derivados do BIT sob condições muito mais amenas.

Com os derivados BIT em mãos, a equipe explorou as propriedades das moléculas. “A parte mais difícil foi provar que os prótons do BIT sofrem transferência de prótons entre moléculas no estado sólido”, diz Tajima. Em colaboração com especialistas da RIKEN em cristalografia de raios X e ressonância magnética nuclear (RMN) de estado sólido, a equipa demonstrou que os dois protões trocam rapidamente as suas posições.

Os cálculos sugerem que a transferência de prótons está de fato associada ao transporte de carga; o próximo objetivo da equipe é confirmar esse acoplamento experimentalmente. “Não sabemos se a presença de um próton melhorará o transporte de carga, mas como física fundamental poderá abrir caminhos interessantes”, diz Tajima.

Mais informações: Kyohei Nakano et al, Síntese de derivados de 3,3′-dihidroxi-2,2′-diindan-1,1′-diona para semicondutores orgânicos tautoméricos exibindo transferência intramolecular de prótons duplos, Chemical Science (2023). DOI:10.1039/D3SC04125E
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