Reconstrucción Dinámica Completa de C₆₀, C₇₀, y (C₅₉N) ₂ Encapsulación en una Nanocápsula Supramolecular Adaptable

Área de la Ciencia:

• Química supramolecular
• Química computacional
• Física y Química

Sus antecedentes:

• La separación selectiva de los fullerenos y los metallofullerenos endodérmicos (EMF) es crucial pero difícil.
• La adaptabilidad dinámica y los mecanismos de reconocimiento molecular de las nanocápsulas para los huéspedes de fullereno no se comprenden bien.

Objetivo del estudio:

• Descifrar los detalles moleculares del reconocimiento y la unión del fullereno dentro de una nanocápsula prismática tetragonal (1).
• Elucidar los orígenes de la selectividad en la separación de fullereno utilizando técnicas computacionales y experimentales avanzadas.
• Para investigar la dinámica de encapsulación del bis-aza [60] fullereno (C59N) 2 dentro del sistema supramolecular.

Principales métodos:

• Utilizó una combinación de experimentos de RMN con espectroscopia de intercambio 1H-1H (2D-EXSY) y simulaciones de Dinámica Molecular (DM) y Dinámica Molecular acelerada (DM) a larga escala.
• Reconstrucción de las vías de unión y desunión espontáneas de los fullerenos dentro de la nanocápsula desde una escala de tiempo de nanosegundo a segundo.
• Se extrajeron las constantes de velocidad de unión (k'on) y de desvinculación (k_off) para C60 y C70, y se supervisaron los procesos de encapsulación y competencia de invitados.

Principales resultados:

• La cápsula del receptor exhibe adaptabilidad dinámica, similar al reconocimiento biomolecular en las proteínas.
• Descifró los pasos clave en el reconocimiento y enlace del fullereno, revelando la base molecular de la encapsulación y la competencia de invitados.
• Estudio por primera vez de la encapsulación de bis-aza[60]fullereno (C59N) 2, destacando su impacto en la dinámica y la estabilidad del adducto.

Conclusiones:

• El enfoque combinado de RMN, MD y aMD proporciona una comprensión precisa de los eventos de encapsulación huésped-invitado.
• Esta metodología sirve como una herramienta predictiva para las interacciones huésped-huésped en varios sistemas supramoleculares.
• Los hallazgos avanzan en la separación selectiva de fullerenos y campos electromagnéticos e informan el diseño de nuevos huéspedes supramoleculares.