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Las interacciones no covalentes, como el enlace de hidrógeno, son a menudo las responsables de la estructura tridimensional de los compuestos moleculares en estado sólido. El enlace de halógeno, definido como una interacción entre una región electrofílica (llamada σ-hole), asociada a un átomo de halógeno en una entidad molecular, y una región nucleofílica en otra, o la misma, entidad molecular, se caracteriza también por ser una interacción altamente direccional y lineal, como el enlace de hidrógeno. Este tipo de interacción también se encuentra presente en algunos sistemas biológicos, como por ejemplo en las interacciones proteína-ligando y en hormonas tiroideas. Por otro lado, hay muchos principios activos farmacéuticos que contienen átomos halogenados en su estructura y que, por lo tanto, pueden presentar este tipo de enlaces.

La ingeniería de cristales utiliza las interacciones no covalentes como una herramienta importante para modificar las propiedades fisicoquímicas de los compuestos. Los cocristales, un tipo de material supramolecular, son compuestos multicomponentes donde dos o más moléculas neutras se enlazan mediante este tipo de interacciones dando lugar a un nuevo material cristalino en proporción estequiométrica.

La mecanoquímica, aunque sea una técnica muy antigua, es un método sencillo, rápido y sostenible, en línea con los Objetivos de Desarrollo Sostenible de las Naciones Unidas. Hoy en día está cogiendo mucha fuerza en distintas áreas de la investigación como son la síntesis orgánica, la preparación de catalizadores, los “quantum dots” o la ingeniería de cristales, gracias a las ventajas que presenta respecto a los métodos tradicionales en solución.

Teniendo en cuenta lo expuesto, en este trabajo, el grupo de Cristalografía y el Laboratorio de Materiales Inorgánicos y Catálisis del Institut de Ciència de Materials de Barcelona (ICMAB-CSIC) en colaboración con otros investigadores (ver referencia) hemos estudiado la formación de cocristales a partir de metilxantinas y del cofórmero 1,4-diyodotetrafluorobenceno conectados por enlaces de halógeno. Las xantinas seleccionadas han sido la cafeína, la teobromina y la teofilina, que son bien conocidas por formar parte, entre otros, del café, el té o el chocolate.

Así hemos conseguido preparar cuatro nuevos cocristales por métodos mecanoquímicos.  Los compuestos han sido caracterizados mediante difracción de rayos X en polvo y de monocristal, análisis térmico (TGA-DSC) y espectroscopias de IR y de UV, además de observar su luminiscencia. Sorprendentemente, se ha mostrado que las metilxantinas de partida presentan luminiscencia en estado sólido con elevados rendimientos cuánticos. Finalmente, a partir de cálculos teóricos TD-DFT, se ha estudiado la disminución de la luminiscencia observada en los cocristales respecto a las xantinas de partida como consecuencia de la incorporación del cofórmero halogenado.

En resumen, en esta contribución describimos nuevos cocristales de alcaloides de la familia de las metilxantinas mediante un proceso de grinding e interacciones de enlace de halógeno. El estudio de su luminiscencia ha permitido identificar nuevos fluoróforos en estado sólido y cómo la transformación de cocristales en las moléculas de partida puede dar lugar a una activación de la luminiscencia de tipo off-on.