Investigadores en IMDEA Nanociencia expanden el núcleo de una porfirina átomo a átomo, creando una nueva estrategia para diseñar macrociclos funcionales

03.09.2026

Al depositarse sobre una superficie de oro caliente, una porfirina sufre una reorganización estructural sin precedentes en la que se insertan átomos de carbono en el macrociclo, ampliando su circuito aromático de 18 π hasta convertirla en una porfirina antiaromática de 20 π. Imagen: Patricia Bondía.

• Investigadores modifican la distribución de los electrones en el núcleo de una porfirina y crean una nueva arquitectura molecular, cambiando sus propiedades electrónicas de aromáticas a antiaromáticas.
• El trabajo abre nuevas posibilidades para el diseño de materiales moleculares basados en porfirinas con propiedades electrónicas y de coordinación inéditas.
• El estudio ha sido destacado en la portada de la revista Angewandte Chemie International Edition.

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Madrid, 3 de septiembre, 2026. Las porfirinas son moléculas esenciales tanto para la vida como para numerosas tecnologías emergentes. Están presentes en procesos biológicos fundamentales  —como el transporte de oxígeno en la hemoglobina o la captación de luz en la clorofila— pero también constituyen una plataforma clave para el desarrollo de sensores químicos, catalizadores, dispositivos optoelectrónicos o sistemas de conversión de energía. Modificar de forma precisa la estructura de estas moléculas para dotarlas de nuevas propiedades continúa siendo uno de los grandes retos de la química molecular.

Un equipo de investigadores en IMDEA Nanociencia, la Universidad Complutense de Madrid, el Instituto de Física de la Academia Checa de Ciencias, y el ICMM-Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid han desarrollado una estrategia pionera para expandir el núcleo de una porfirina directamente sobre una superficie metálica, una aproximación inspirada en la síntesis covalente sobre superficies. El trabajo demuestra, por primera vez, la conversión controlada de una porfirina de 18 electrones π en una porfirina expandida de 20 electrones π mediante la inserción de dos átomos de carbono en el macrociclo.

En moléculas cíclicas como las porfirinas, el número de electrones π determina su aromaticidad, una propiedad que influye enormemente en su estabilidad y comportamiento electrónico. Con 20 electrones π la molécula pasa a ser antiaromática, una situación poco estable, pero que puede conferir propiedades electrónicas muy interesantes, como una menor separación entre niveles de energía (band gap) o una mayor reactividad. Precisamente eso es lo que hace interesante este trabajo: los investigadores consiguen transformar una porfirina "convencional" de 18 electrones π en una de 20 electrones π directamente sobre una superficie metálica. La superficie estabiliza esta estructura poco común, permitiendo estudiar sus propiedades y abrir la puerta a nuevos materiales moleculares.

La investigación, liderada por los investigadores Ana Barragán, Aurelio Gallardo, Nazario Martín y David Écija combina sinérgicamente síntesis orgánica con microscopía y espectroscopía de sonda local, asistida por cálculos teóricos para confirmar la nueva estructura y revelar sus singulares propiedades electrónicas, entre ellas un estrecho band gap de aproximadamente 0,2 eV y la capacidad de coordinar átomos de cobalto mediante un nuevo motivo de coordinación. "Este trabajo demuestra que la química sobre superficies permite acceder a arquitecturas moleculares que resultan muy difíciles, o incluso imposibles, de obtener mediante métodos convencionales en disolución", comenta la investigadora de doctorado Alba García Frutos, autora del trabajo y cuya tesis versa sobre sistemas π conjugados en superficies. La expansión del macrociclo preserva su geometría plana sobre la superficie, favoreciendo un elevado carácter antiaromático según los cálculos teóricos, una característica de gran interés para el desarrollo de materiales moleculares con propiedades electrónicas a la carta. Además, la posibilidad de diseñar nuevos centros de coordinación abre oportunidades para futuras aplicaciones en sensores, catálisis y materiales funcionales optoelectrónicos, consolidando el potencial de la ciencia de superficies para construir moléculas complejas con precisión atómica.

Los resultados han sido publicados en la revista Angewandte Chemie International Edition, una de las publicaciones de mayor prestigio internacional en el ámbito de la química. Como reconocimiento a la relevancia del avance, la investigación ha sido seleccionada para ilustrar la portada (front cover) de la revista, poniendo en valor el impacto científico de este trabajo.

Palabras clave: (anti)aromaticidad, electrones π, porfirinas, síntesis en superficie

Glosario:

• Electron π: los electrones π (pi) son los electrones que participan en los enlaces π, un tipo de enlace químico que aparece cuando dos átomos comparten electrones mediante el solapamiento lateral de orbitales p. Los electrones π suelen estar deslocalizados, es decir, pueden distribuirse por toda una molécula. Esta deslocalización les confiere propiedades electrónicas muy especiales, como una mayor conductividad.
• Aromaticidad: situación en la que la deslocalización cíclica de los electrones en sistemas conjugados da lugar a una estabilización electrónica excepcional y a propiedades electrónicas y magnéticas características.
• Antiaromaticidad: situación en la que la deslocalización cíclica de electrones en sistemas conjugados conduce a una desestabilización electróni

Referencia: