Crystal engineering principles towards the design of organic and metal-organic compounds: synthesis, characterization, and structure-property correlations

L’enginyeria de cristalls ha esdevingut una eina multidisciplinària per dissenyar materials orgànics i metal-orgànics amb diverses aplicacions. De fet, una comprensió detallada de l’estructura d’aquests materials és un principi clau en el control racional de les seves propietats. En aquest marc, aquesta tesi doctoral estudia la síntesi i caracterització de quaranta tres compostos i l’estudi de les seves estructures cristal·lines per correlacionar-les amb les seves propietats fotofísiques i/o estabilitats tèrmiques. En el Capítol 1 es fa una revisió històrica del camp de la química de coordinació, centrant-se en el complexos metàl·lics del grup 12 basats en lligands carboxilats i derivats de piridina (dPy). A més, també es proporciona una breu visió general de l’enginyeria de cristalls i les seves diferents estratègies tant per a sistemes orgànics com metal-orgànics. Finalment, resumim alguns conceptes bàsics de la fotofísica i la seva aplicació en compostos orgànics i metal-orgànics. El Capítol 2 exposa els objectius generals de la present tesi doctoral. El Capítol 3 presenta un estudi complet de la diversitat estructural proporcionada pel component α-acetamidocinamat (ACA) en diferents complexos de Zn(II) i Cd(II) en presència de dPy de denticitat variable, i l'efecte de les estructures cristal·lines resultants sobre les seves propietats fotofísiques. El Capítol 4 es dedica a preparar diferents sistemes metal-orgànics que presenten estructures transformables després de l'exposició a diversos dissolvents. Aquest Capítol es dividirà en dues estratègies principals, una utilitzant els conceptes adquirits prèviament al Capítol 3 per preparar sistemes metal-orgànics basats en ACA que puguin experimentar transformacions assistides pel diferent comportament dels seus fragments amida en diferents condicions de dissolvent. En canvi, la segona estratègia es basarà en l'ús de complexos que presenten àtoms d'oxigen èter capaços de coordinar/descoordinar, afavorint transformacions estructurals. A més, en aquest Capítol també s'estudiarà la correlació de les propietats fotofísiques amb les estructures resultants. El Capítol 5 se centra en el disseny d'una sèrie de cocristalls, la formació dels quals s'ha avaluat prèviament mitjançant una senzilla metodologia de cribratge virtual basada en el potencial electroestàtic molecular dels components inicials. La posterior síntesi i cristal·lització d'aquestes formes sòlides permeten l'estudi del seu empaquetament cristal·lí i la correlació amb les seves propietats tèrmiques i fotofísiques, recolzat per càlculs teòrics. El Capítol 6 recull les conclusions generals i algunes perspectives que sorgeixen després de l'anàlisi dels resultats aportats en aquest treball. Finalment, en el Capítol 7 enumerem totes les referències emprades per a la discussió d'aquesta tesi. A més, a l'Annex A i a l'Annex B s'inclouen els articles de recerca elaborats durant el desenvolupament d'aquesta tesi doctoral, que s'han organitzat en aquells presentats per a l'acceptació del compendi d'aquesta tesi (Annex A), i els no presentats en el compendi (Annex B). Tanmateix, tots els resultats proporcionats en aquest treball s'han adaptat de la integritat de tots aquests articles de recerca.