È interessante notare che l'impilamento π può essere sfruttato nella progettazione di materiali con utili proprietà elettroniche e ottiche. Questi includono semiconduttori organici di vario tipo, nonché polimeri coniugati per applicazioni di rilevamento e biomediche.

Finora, una buona parte dei sistemi di impilamento π tecnologicamente rilevanti sono stati limitati ai composti aromatici, che hanno nubi di elettroni π intrinseche. D'altra parte, i composti antiaromatici, sebbene candidati promettenti per lo sviluppo di conduttori elettrici, raramente sono stati segnalati come unità costitutive di sistemi di impilamento π.

Sorprendentemente, in uno studio recente, un gruppo di ricerca guidato dal professor Hiromitsu Maeda dell'Università di Ritsumeikan, in Giappone, ha riportato un nuovo sistema di impilamento π antiaromatico che ha consentito la formazione di un cristallo liquido altamente conduttivo.

I loro risultati sono stati pubblicati il ​​16 aprile 2024 sulla rivista Chemical Science . L'articolo è stato scritto in collaborazione dal Prof. Go Watanabe dell'Università di Kitasato, dal Prof. Shu Seki dell'Università di Kyoto e dal Prof. Hiroshi Shinokubo dell'Università di Nagoya.

I composti riportati in questione sono Ni ^II -norcorroli coordinati con porzioni ariliche modificate come catene laterali. In precedenza, il raggiungimento dell'impilamento π in norcorroli simili falliva perché le interazioni di legame idrogeno tra le catene laterali si opponevano all'impilamento faccia a faccia delle unità antiaromatiche planari. Questa volta, però, il team di ricerca ha avuto un'idea geniale.

"Abbiamo ipotizzato che l'introduzione di frazioni che interagiscono lateralmente con minore direzionalità migliorerebbe l'impilamento tra le unità norcorrolo", spiega il prof. Maeda. "Pertanto, abbiamo tentato la semplice introduzione di catene alifatiche, che inducono interazioni di van der Waals. Queste interazioni possono essere efficaci per modulare la struttura di impilamento di un materiale."

Come evidenziato da vari esperimenti e simulazioni di dinamica molecolare, la strategia proposta ha funzionato come previsto. Le unità norcorrole formavano strutture colonnari attraverso l'impilamento di disposizioni note come "a tre piani". In queste disposizioni, una molecola planarizzata è inserita tra due molecole leggermente a forma di scodella.

Utilizzando il progetto molecolare proposto, i ricercatori hanno poi sintetizzato i cristalli liquidi. Grazie all'impilamento a tre piani, un cristallo liquido mostrava una notevole conduttività elettrica e termotropicità; cioè un parametro d'ordine che dipende dalla temperatura.

"Il controllo delle interazioni molecolari basato sulla progettazione e sintesi molecolare, come dimostrato nel nostro studio, sarà cruciale per le applicazioni future", afferma il prof. Maeda. "Proprietà come l'elevata conduttività elettrica dei cristalli liquidi possono essere utilizzate per la fabbricazione di dispositivi elettronici. Inoltre, i comportamenti di risposta agli stimoli nei materiali morbidi possono essere utilizzati per modulare proprietà rilevanti, come la fotoluminescenza, in base alla pressione e alla temperatura."

Nel loro insieme, i risultati di questo studio portano alla luce una promettente strategia per la progettazione di nuovi composti basati su assemblaggi molecolari di unità antiaromatiche. Con un po' di fortuna, ciò aprirà nuove strade per la progettazione dei materiali, portando infine a migliori dispositivi elettronici organici, optoelettronici e di rilevamento.