Applications of supramolecular nanocapsules: regioselective functionalization of fullerenes and molecular recognition of endohedral metallofullerenes

Abstract

Since the discovery of fullerenes and endohedral metallofullerenes (EMFs), these spheroidal carbon cages have attracted the attention of the scientific community due to their exceptional electronic and physicochemical properties. Bare fullerenes and mono-adducts are applied in many different fields, including material science, solar cell energy conversion and biomedical applications. However, broad use of fullerenes as poly-adducts is hampered by the uncontrolled regioselectivity during their functionalization and by the costly purification methods of fullerenes derivatives and EMFs. Metal-directed self-assembled nanocapsules have been used as supramolecular shadow masks to poly-functionalize fullerenes in an itero-, chemo- and regioselective fashion and, also, as supramolecular platforms to encapsulate selectively EMFs from soots or extracts. In this thesis, the scope of functionalization reactions of fullerenes when using supramolecular nanocapsules as templates has been widely extended and, moreover, new terbium-based endohedral fullerenes have been encapsulated selectively using the same family of nanocapsules

Els ful·lerens i metal·lo-ful·lerens endoèdrics han captat l’atenció de la comunitat científica des del seu descobriment a causa de les seves propietats electròniques i fisicoquímiques excepcionals. Els ful·lerens i mono-adductes es poden aplicar en diferents camps de la química, com ara en ciència dels materials, en el camp de la conversió de l’energia solar o en aplicacions biomèdiques. Tot i així, l’ús extensiu dels ful·lerens com a poli-adductes està obstaculitzat per la falta de control de la regioselectivitat durant el procés de funcionalització dels ful·lerens i per l’alt cost dels mètodes de purificació dels poli-adductes i dels metal·lo-ful·lerens endoèdrics. Les nanocàpsules autoensamblades dirigides per enllaços metall-lligand s’han utilitzat com a motlles supramoleculars per funcionalitzar ful·lerens de manera itero-, quimio- i regioselectiva i, a més, s’han utilitzat com plataformes per encapsular selectivament metal·lo-ful·lerens endoèdrics. En aquesta tesis, el ventall de reaccions de funcionalització de ful·lerens utilitzant nanocàpsules com a motlles s’ha ampliat significativament i, a més, un nou metal·lo-ful·lerè amb àtoms de terbi en el seu interior s’ha encapsulat selectivament utilitzant el mateix tipus de nanocàpsules