La modelización molecular como herramienta para el diseño de nuevos polímeros conductores

Abstract

IntroducciónLa historia nos ha mostrado más de una vez que un error humano, o la fortuna, puede ser el punto de partida de un gran avance científico. A principios de los años 70, un estudiante del profesor H. Shirakawa estaba realizando la síntesis de poliacetileno a partir de acetileno gaseoso. Durante el proceso de polimerización añadió mucho más catalizador del que era necesario, lo que provocó cambios importantes en la estructura del polímero, dando lugar a un producto que presentaba una conductividad eléctrica inusualmente elevada. Pocos años después, Shirakawa, MacDiardmid y Heeger publicaron dos artículos en los que mostraban que la conductividad del poliacetileno podía aumentar mil millones de veces al doparlo con vapores de yodo [1] . El descubrimiento de los polímeros conductores les valió el Premio Nóbel de Química del año 2000 y fue el precursor de la síntesis de más de un centenar de polímeros capaces de conducir la corriente eléctrica.El hallazgo de los polímeros conductores, también denominados metales sintéticos, cambió de forma radical Resumen: Se presenta la capacidad de las técnicas de modelización molecular basadas en métodos de la química cuántica para predecir la estructura molecular y electrónica de polímeros conductores. Concretamente, se discute la aplicabilidad de estas herramientas computacionales al estudio de diferentes aspectos del politiofeno y sus derivados: geometría molecular y planaridad, cambios estructurales producidos por el dopado, propiedades electrónicas y desarrollo de nuevos materiales conductores.Palabras clave: Polímero conductor, politiofeno, modelización molecular, química cuántica, estructura electrónica, estructura molecular. Molecular Modeling Tools to Design New Conducting PolymersAbstract: The ability of molecular modeling techniques based on quantum chemical methods to predict the molecular and electronic structure of organic conducting polymers is examined. More specifically, we report on the applicability of these computational tools to study different aspects of polythiophene and its derivatives: molecular geometry and planarity, the structural changes induced by the doping process, the electronic properties and the design of new conducting materials.Keywords: Conducting polymer, polythiophene, molecular modeling, quantum chemistry, electronic structure, molecular structure. la visión que se tenía de los materiales poliméricos y, en particular, sus posibles aplicaciones. Para tomar conciencia de ello, basta con pensar que la utilización de polímeros conductores permite combinar, en un sólo material, las propiedades eléctricas de los conductores metálicos clásicos con las múltiples ventajas de los plásticos -inercia química, baja densidad, bajo coste, procesabilidad-. Esta posibilidad ha llevado incluso a la sustitución de piezas metálicas por componentes poliméricos en muchas aplicaciones.En los últimos años se ha intensificado de forma especial la investigación en polímeros conductores heterocíclicos, que pueden ser sintetizados tanto química como electro...

Incidencia de la terminología utilizada en la aplicación de la Teoría de Bandas sobre la presencia de un error conceptual referido a la conductividad eléctrica de los metales. Estudio en dos cursos introductorios de Química en la Universidad

“…Esta, a su vez, puede dividirse, según la energía, en dos subgrupos. En la bibliografía generalmente usada en los cursos básicos de Química (Whitten et al, 1998;Smith, 2004;Domínguez Reboiras, 2006;Chang, 2007), así como también en textos en los que esta teoría se aplica (Solbes y Vilches, 1991;Borg y Dienes, 1992;Kittel, 2003;Makinistian y Albanesi, 2004;Casanovas et al, 2005;Costa, 2005;Barrera et al, 2007;Atkins y de Paula, 2008;Vivas Reyes et al, 2008) y en los textos difundidos por las páginas web (Ganazhapa Jiménez, 2009), el conjunto de niveles de menor energía de esta banda recibe la denominación «banda de valencia» (BV), y el formado por los niveles más altos se denomina «banda de conducción» (BC). A cada una de esas bandas corresponden orbitales, a saber, «orbitales de banda de valencia» (OBV) y «orbitales de banda de conducción» (OBC).…”

“…31. 2 (2013): 193-207 Dienes, 1992; Sutton, 1993;Casanovas et al, 2005;Rojas et al, 2007). Así, la energía proporcionada por el campo eléctrico aplicado será suficiente para incrementar la energía de los electrones hasta los niveles más altos disponibles; esto es lo que determina la alta conductancia eléctrica de los metales.…”

Estudio Teórico de las Propiedades Electroconductoras de Oligómeros del Compuesto 4H-[1,2,4]-Triazol

“…Después del descubrimiento de Shirakawa (MacDiarmid, 2001;Shirakawa et al, 1977), la ciencia de los polímeros conductores ha cautivado la atención de muchos investigadores a nivel multidisciplinar, involucrando áreas como la física, química, electrónica y biomedicina (Casanovas et al, 2005). Este notable interés de se debe en parte, al considerable número de aplicaciones de estos materiales en la fabricación de dispositivos ópticos, diodos emisores de luz (LEDs), sensores químicos y músculos artificiales (Bar-Cohen, 2007;Liu et al, 2011;Myers y Xue, 2012).…”

“…Este notable interés de se debe en parte, al considerable número de aplicaciones de estos materiales en la fabricación de dispositivos ópticos, diodos emisores de luz (LEDs), sensores químicos y músculos artificiales (Bar-Cohen, 2007;Liu et al, 2011;Myers y Xue, 2012). De ahí que, la síntesis de nuevos polímeros πconjugados sea esencial para mejorar las propiedades ópticas y electroconductoras de estos materiales , así como también, su estabilidad medioambiental (Casanovas et al, 2005).…”

“…Esta ventaja adicional consiste en generar un polímero aglutinador en la formulación propelente, pero que sea más energético que GAP y ecológicamente amigable. Cabe resaltar, que esta última característica es uno de los objetivos que a futuro se espera alcanzar en el desarrollo de polímeros π-conjugados (Casanovas et al, 2005), dado que los dispositivos conductores basados en metales inorgánicos son tóxicos y afectan algunos ciclos biológicos indispensables para el sustento de la vida (Haye et al, 2007, Nahmani et al, 2007.…”