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Cuasicristales (supramoleculares)

Los cuasicristales son agregados supramoleculares que presentan tanto propiedades cristalinas (sólidas) como amorfas, similares a las de los líquidos .

Las estructuras autoorganizadas denominadas "cuasicristales" fueron descritas originalmente en 1978 por el científico israelí Valeri A. Krongauz del Instituto de Ciencias Weizmann , en el artículo de Nature , Quasi-crystals from irradiated photochromic dyes in an applied electric field . [1]

Esquema 1. Formación de dipolos de merocianina tras irradiación.

En su artículo de 1978, Krongauz acuñó el término "cuasicristales" para las nuevas partículas coloidales autoorganizadas. Los cuasicristales son agregados supramoleculares que manifiestan tanto propiedades cristalinas, por ejemplo, dispersión de Bragg , como propiedades amorfas, similares a las de los líquidos, es decir, formas similares a gotas, fluidez, extensibilidad y elasticidad en el campo eléctrico. Los cuasicristales supramoleculares se producen en una reacción fotoquímica al exponer soluciones de moléculas de espiropirano fotocrómico a la radiación UV. La luz ultravioleta induce la conversión de los espiropiranos en moléculas de merocianina que manifiestan momentos dipolares eléctricos . (ver Esquema 1). Los cuasicristales tienen forma externa de glóbulos submicrónicos y su estructura interna consiste en cristales envueltos por una materia amorfa (ver Fig. 1). Los cristales están formados por pilas autoensambladas de dipolos moleculares de merocianina que se alinean de manera paralela, mientras que las envolturas amorfas consisten en los mismos dipolos de merocianina alineados de manera antiparalela (Fig. 1, Esquema 2). [2] [3] [4] En un campo electrostático aplicado, los cuasicristales forman hilos macroscópicos que muestran dicroísmo óptico lineal . [1] [5]

Más tarde, Krongauz describió transiciones de fase inusuales de moléculas compuestas de fracciones mesógenas y de espiropirano, a las que llamó "cristales cuasi-líquidos". Una micrografía de su mesofase apareció en la portada de Nature en un artículo de 1984, "Cristales cuasi-líquidos". [6] La investigación de sistemas autoorganizados de espiropirano-merocianina, incluidas las macromoléculas (véase, por ejemplo, la Figura 2), ha continuado a lo largo de los años. [7] [8] [9] [10] [11]

Figura 2. Ilustración de polímeros de espiropirano autoensamblables mediante cristalización en cremallera [7]

Estos estudios han dado como resultado el descubrimiento de fenómenos inusuales y de importancia práctica. Así, en el campo electrostático, los cuasicristales y los cuasicristales líquidos han exhibido propiedades ópticas no lineales de segundo orden. [12] [13] [14]

Se han descrito y patentado posibles aplicaciones de estos fascinantes materiales. [15] [16] [17]

Actualmente, en varios laboratorios se continúa trabajando en autoensamblajes de espiropirano-merocianina . [18]

Referencias

  1. ^ ab VA Krongauz; ES Goldburt (5 de enero de 1978). "Cuasicristales a partir de colorantes fotocrómicos irradiados en un campo eléctrico aplicado". Nature . 271 (5640): 43–45. Bibcode :1978Natur.271...40V. doi :10.1038/271040b0. S2CID  4268552 . Consultado el 24 de abril de 2014 .
  2. ^ VA Krongauz; SN Fishman; ES Goldburt (1978). "Cuasicristales. Crecimiento de espiropiranos fotocrómicos bajo irradiación en un campo eléctrico constante". J. Phys. Chem . 82 (23): 2469–74. doi :10.1021/j100512a004.
  3. ^ VA Krongauz (1979). "Cuasicristales". Revista israelí de química . 18 (3–4): 304–11. doi :10.1002/ijch.197900047.
  4. ^ VA Krongauz (1979). "Cuasicristales producidos por colorantes fotocrómicos coloidales en un campo eléctrico aplicado". En BR Jennings (ed.). Electroóptica y dieléctrica de macromoléculas y coloides . Springer US. págs. 329–36. doi :10.1007/978-1-4684-3497-2_35. ISBN. 978-1-4684-3497-2.
  5. ^ VA Krongauz; AA Parshutkin (mayo de 1972). "El efecto del campo eléctrico en el fotocromismo de los espiropiranos. La cristalización dipolar de un colorante a lo largo de las líneas de fuerza". Fotoquímica y fotobiología . 15 (5): 503–07. doi :10.1111/j.1751-1097.1972.tb06261.x. S2CID  98008302.
  6. ^ VA Krongauz; F. Shvartsman (14 de junio de 1984). "Cristales cuasi líquidos". Naturaleza . 309 (5969): 608–11. Código Bib :1984Natur.309..608S. doi :10.1038/309608a0. S2CID  4279153.
  7. ^ ab T. Wismontski – Knittel; VA Krongauz (noviembre de 1985). "Autoensamblaje de polímeros de espiropirano mediante cristalización en cremallera". Macromolecules . 18 (11): 2124–26. Código Bibliográfico :1985MaMol..18.2124W. doi :10.1021/ma00153a009.
  8. ^ VA Krongauz; FP Shvartsman; IR Cabrera; AL Weis; EJ Wachtel (1985). "Investigación de la estructura cristalina cuasi-líquida". J. Phys. Chem . 89 (18): 3941–46. doi :10.1021/j100264a037.
  9. ^ I. Cabrera; VA Krongauz (9 de abril de 1987). "Ordenamiento dinámico de macromoléculas mesomórficas agregadas". Nature . 326 (362): 582–85. Bibcode :1987Natur.326..582C. doi :10.1038/326582a0. S2CID  4305749.
  10. ^ I. Cabrera; VA Krongauz; H. Ringsdorf (noviembre de 1987). "Polisiloxanos de cristal líquido fotocrómicos y termocrómicos". Angew. Chem. Int. Ed. Engl . 26 (11): 1178–80. doi :10.1002/anie.198711781.
  11. ^ VA Krongauz (1992). CB McArdle (ed.). Polímeros de cristal líquido fotocromáticos en sistemas poliméricos fotocromáticos aplicados. Nueva York: Springer Science, Blackie & Son Ltd., págs. 121-71. ISBN 9780412029714.
  12. ^ VA Krongauz; GR Meredith; DJ Williams; SN Fishman; ES Goldburt (1983). "Duplicación de frecuencia óptica y estructura interna de cuasicristales". J. Phys. Chem . 87 (10): 1697–701. doi :10.1021/j100233a012.
  13. ^ VA Krongauz; GR Meredith; DJ Williams; SN Fishman; ES Goldburt (1983). "6". En DJ Williams (ed.). Medios no lineales de segundo orden a partir de cuasicristales de merocianina de espiropirano en propiedades ópticas no lineales de materiales orgánicos y poliméricos . Serie de simposios de la ACS. Vol. 233. Sociedad Química Estadounidense. págs. 135–52. doi :10.1021/bk-1983-0233.ch006. ISBN 9780841208025.
  14. ^ VA Krongauz; H. Hsiung; Th. Rasing; YR Shen; FP Shvartsman; I. Cabrera (1987). "Ordenamiento polar de cristales cuasiliquídicos: un estudio de generación óptica de segundos armónicos". J. Chem. Phys . 87 (5): 3127. Bibcode :1987JChPh..87.3127H. doi :10.1063/1.453050. hdl : 2066/92707 . S2CID  9284705.
  15. ^ G. Berkovic; VA Krongauz; V. Weiss (2000). "Espiropiranos y espirooxazinas para memorias e interruptores". Chem . Rev. 100 (5): 1741–54. doi :10.1021/cr9800715. PMID  11777418.
  16. ^ US 4405733, Williams, David J.; Gerald R., Meredith & Olin, George R., "Material compuesto cuasicristalino", publicado el 20 de septiembre de 1983, asignado a Xerox Corporation  , ahora vencido.
  17. ^ US 4927917, Krongauz, Valeri A. & Shvartsman, Felix P., "Cristales cuasi-líquidos", publicada el 22 de mayo de 1990, asignada a Yeda Research and Development Co., Ltd. , ahora vencida. 
  18. ^ R. Klajn (2014). "Materiales dinámicos basados ​​en espiropirano". Chem. Soc. Rev. 43 (1): 148–84. doi : 10.1039/C3CS60181A . PMID :  23979515.