[en] The Thesis titled 'Computations on Fullerenes: Characterization, Reactivity and Growth' is mainly focused on the formation mechanisms and characterization of fullerenes previously detected in experiments. These molecules are closed carbon cages formed by only hexagons and twelve pentagons. Most part of our research has been carried out in collaboration with different experimental groups, therefore we aimed to understand and rationalize their experiments. Although many hypothetical models have been proposed, the fullerene formation mechanism is still a mystery. Our studies rules out the bottom-up mechanism as a model of fullerene formation. We have explored this mechanism by means of static DFT and Car-Parrinello molecular dynamics calculations for series of different endohedral fullerenes. A comprehensive exploration of the most favourable isomers, potential energy surfaces associated with the successive C2 insertions and topologies of the involved structures, helped us to develop this project. The insertion of a C2 unit to already formed EMF is always an exothermic/exergonic process, and the free energy barriers for each step are attainable at temperature of fullerene formation (2000 K). The most abundant isomers of Ti@C2n (2n=26-48) and Sc3N@C2n (2n=68-80) are formally linked by direct C2 insertions and in a few cases by additional Stone-Wales transformations. Regarding the detection and isolation of endohedral metallofullerenes let us to perform a computational study of the rationalization and characterization of these isomers. Chlorination has emerged as a powerful tool in fullerene derivatives. Several C2n families (2n=50,60,66,68,etc.) have been found to show cages exohedrally chlorinated. According to our results, chlorination would take place at a temperature significantly lower than 2000 K by free radical addition considering the HOMO and the spin density distributions of the pristine cage and intermediates, once the lowest energy neutral isomers are formed. Most of our projects resulted in suitable and in agreement with experiments.

[es] La Tesis titulada 'Computations on Fullerenes: Characterization, Reactivity and Growth' se focaliza con los mecanismos de formación y caracteritzación de fullerenos previamente detectados a los experimentos. Son cajas cerradas de carbono formadas por hexágonos y doce pentágonos. Hemos colaborado con diferentes grupos experimentales, por tanto, nos hemos centrado en entender y racionalizar sus experimentos. Diferentes modelos de formación han sido propuestos, pero todavía hoy sigue siendo un misterio. Nuestros estudios dan soporte al mecanismo de crecimiento bottom-up propuesto por el Prof. Kroto. Este mecanismo ha sido estudiado mediante cálculos estáticos de DFT i por dinámica molecular de Car-Parrinello. Una exploración exhaustiva de los isómeros más favorables, así como las superficies de energía potencial asociadas a las inserciones de unidades C2 a los fullerenos y las topologías de las estructures involucradas, han ayudado al desarrollo de este proyecto. Este proceso de inserción es exotérmico/exergónico, y todavía que las barreras de energía libre son elevadas, se pueden ver superadas a la temperatura de formación de fullerenos (2000 K). Los isómeros más abundantes del Ti@C2n (2n=26-48) y Sc3N@C2n (2n=68-80) se han relacionado mediante unidades C2 y, en algunos casos, alguna isomerización del tipo Stone-Wales. Respecto a la detección y aislamiento de los metallofullerenos endoédricos, nos hemos centrado en su caracteritzación. La cloración de los fullerenos también ha sido estudiada, ya que ha surgido como una poderosa herramienta en el mundo de los derivados de fullerenos. Familias de C2n (2n=50,60,66,68,etc.) han sido encontradas como clorofullerenos. Nuestros resultados predicen que la cloración se forma una vez es formada la caja neutra a temperaturas más bajas de 2000 K, mediante la adición de radical libre y teniendo en cuenta las distribuciones del HOMO y de la densidad de espín. La mayoría de nuestros proyectos han estado de acuerdo con los resultados experimentales.