Los investigadores de la Universidad de Indiana han creado una nueva molécula poderosa para la extracción de sal del líquido. El trabajo tiene el potencial de ayudar a aumentar la cantidad de agua potable en la Tierra.
Construida utilizando enlaces químicos que anteriormente se consideraban demasiado débiles, la nueva molécula mejora aproximadamente diez mil millones de veces en comparación con una estructura similar creada hace más de 10 años en IU. El diseño de las moléculas se informó el 23 de mayo en la revista ciencia .
"Si tuvieras que colocar una millonésima parte de un gramo de esta molécula en una tonelada métrica de agua, el 100 por ciento de ellos aún podrán capturar una sal", dijo Yun Liu, quien dirigió el estudio como Ph.D. estudiante en el laboratorio de Amar Flood, profesor de química James F. Jackson y profesor de Luther Dana Waterman en el Departamento de Química del IU Bloomington College of Arts and Sciences.
La molécula está diseñada para capturar cloruro, que se forma cuando el elemento cloro se empareja con otro elemento para obtener un electrón. La sal de cloruro más familiar es el cloruro de sodio, o sal de mesa común. Otras sales de cloruro son cloruro de potasio, cloruro de calcio ycloruro amónico.
Al mismo tiempo que la población humana continúa creciendo, la filtración de sal en los sistemas de agua dulce está reduciendo el acceso al agua potable en todo el mundo. Solo en los Estados Unidos, el Servicio Geológico de los Estados Unidos estima 271 toneladas métricas de sólidos disueltos, incluyendosales, ingrese a las corrientes de agua dulce por año. Los factores que contribuyen incluyen los procesos químicos involucrados en la extracción de petróleo, el uso de sales de carreteras y ablandadores de agua, y el desgaste natural de la roca. Solo se necesita una cucharadita de sal para contaminar permanentemente cinco galones de agua.
La nueva molécula de extracción de sal creada en IU se compone de seis "motivos" de triazol, anillos de cinco miembros compuestos de nitrógeno, carbono e hidrógeno, que juntos forman una "jaula" tridimensional perfectamente formada para atrapar el cloruro.En 2008, el laboratorio de Flood creó una molécula bidimensional, con forma de rosquilla plana, que utilizaba cuatro triazoles. Los dos triazoles adicionales le dan a la nueva molécula su forma tridimensional y un aumento de eficacia de diez mil millones de veces.
La molécula también es única porque se une al cloruro mediante enlaces carbono-hidrógeno, anteriormente considerados demasiado débiles para crear interacciones estables con el cloruro en comparación con el uso tradicional de los enlaces nitrógeno-hidrógeno. A pesar de las expectativas, los investigadores encontraron que el uso de triazoles creadosuna jaula tan rígida como para formar un vacío en el centro, que atrae iones de cloruro.
Por el contrario, las jaulas con enlaces nitrógeno-hidrógeno a menudo son más flexibles, y el centro similar al vacío necesario para la captura de cloruro requiere un aporte de energía, lo que reduce su eficiencia en comparación con una jaula basada en triazol.
"Si tuviera que tomar nuestra molécula y apilarla contra otras jaulas que usan enlaces [más fuertes], estamos hablando de muchos órdenes de magnitud de aumento de rendimiento", dijo Flood. "Este estudio realmente muestra que la rigidez se subestimaen el diseño de jaulas moleculares "
La rigidez también permite que la molécula conserve su forma después de que se haya perdido el cloruro central, en comparación con otros diseños que colapsan en las mismas circunstancias debido a su flexibilidad. Esto le proporciona a la molécula una mayor eficacia y versatilidad.
El trabajo también es reproducible. La primera molécula tardó casi un año en sintetizarse, dijo Liu, quien se sorprendió al descubrir los cristales necesarios para confirmar la estructura única de la molécula formada después de que el experimento se quedó solo en el laboratorio durante varios meses.un hecho sorprendente, ya que este proceso generalmente requiere un monitoreo cuidadoso.
La formación del cristal representó un momento "eureka", lo que demuestra que el diseño único de la molécula era realmente viable. Más tarde, Wei Zhao, un investigador postdoctoral en el laboratorio de Flood, pudo recrear la molécula en varios meses.
El autor final del estudio es Chun-Hsing "Josh" Chen, científico asociado en el Centro de Estructura Molecular de IU en el momento del estudio, quien confirmó la estructura de la molécula usando cristalografía de rayos X.
Liu es actualmente investigador asociado postdoctoral en la Universidad de Illinois-Urbana Champaign. Este trabajo fue apoyado en parte por el Departamento de Energía de los EE. UU. La Oficina de Innovación y Comercialización de IU ha presentado una patente sobre el trabajo.
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Materiales proporcionado por Universidad de Indiana . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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