Levante las dos manos. Son idénticas en estructura, pero son opuestas en espejo. No importa cuánto lo intente, no pueden superponerse entre sí. O, como dirían los químicos, tienen "quiralidad" delPalabra griega para mano. Una molécula que es quiral viene en dos formas idénticas, pero opuestas, al igual que una mano izquierda y derecha.
Severin Schneebeli, químico de la Universidad de Vermont, ha inventado una nueva forma de usar la quiralidad para hacer una llave inglesa. Una llave inglesa a nanoescala. El descubrimiento de su equipo les permite controlar con precisión las formas a nanoescala y promete ser un método muy preciso y rápido para crear moléculas personalizadas.
Este uso de "síntesis asistida por quiralidad" es un enfoque fundamentalmente nuevo para controlar la forma de las moléculas grandes, una de las necesidades fundamentales para hacer una nueva generación de materiales sintéticos complejos, incluidos polímeros y medicamentos.
Los resultados del equipo de UVM se presentaron en línea, el 9 de septiembre, en la revista de química mejor calificada Angewandte Chemie .
como Legos
Experimentando con antraceno, una sustancia que se encuentra en el carbón, Schneebeli y su equipo ensamblaron tiras de moléculas en forma de C que, debido a su quiralidad, pueden unirse entre sí en una sola dirección. "Son como Legos", Schneebeliexplica que estas tiras moleculares forman una estructura rígida que puede contener anillos de otros químicos "de manera similar a como una cabeza de perno de cinco lados encaja en una llave pentagonal", escribe el equipo.
Las tiras en forma de C pueden unirse entre sí, con dos enlaces, en una sola orientación geométrica. Por lo tanto, a diferencia de muchas estructuras químicas, que tienen la misma fórmula general pero son flexibles y pueden girar y girar en muchas formas posibles diferentes"Esto tiene solo una forma", dice Schneebeli, "es como una llave inglesa real", dice, con una abertura cien mil veces más pequeña que el ancho del cabello humano: 1.7 nanómetros.
"Mantiene su forma completamente", explica, incluso en varios solventes y a muchas temperaturas diferentes, "lo que lo hace preorganizado para unirse a otras moléculas de una manera específica", dice.
Esta llave inglesa, según el nuevo estudio, puede unirse de manera confiable a una familia de moléculas grandes bien conocidas llamadas "macrociclos de pillareno". Estos anillos de pillareno se han utilizado a menudo como el "huésped", en términos de química,para rodear y modificar otros productos químicos "invitados" en su medio, y tienen muchas aplicaciones posibles, desde el suministro controlado de medicamentos hasta las sustancias orgánicas emisoras de luz.
"Al abrazar los pillarenos", escribe el equipo de Vermont, "las tiras en forma de C pueden regular las interacciones de los huéspedes del pillareno con los huéspedes convencionales". En otras palabras, los químicos pueden usar su nueva llave para ajustar de forma remota el entorno químicodentro del pillareno de la misma manera que un mecánico puede girar un perno exterior para ajustar el rendimiento dentro de un motor.
La nueva llave puede hacer que la unión al interior de los anillos de pilarreno sea "cien veces más fuerte" de lo que sería sin la llave, dice Schneebeli.
Hacer modelos
Además, "debido a que este tipo de molécula es rígida, podemos modelarla en la computadora y proyectar cómo se ve antes de sintetizarla en el laboratorio", dice el químico teórico de UVM Jianing Li, colaborador de Schneebeli en la investigación y un co-autora del nuevo estudio, que es exactamente lo que hizo, creando simulaciones detalladas de cómo funcionaría la llave inglesa, utilizando procesadores de computadora en el Vermont Advanced Computing Core.
"Esta es una idea revolucionaria", dijo Li, "tenemos un control del 100% de la forma, lo que proporciona una gran economía atómica y nos permite saber qué sucederá antes de comenzar a sintetizar en el laboratorio".
En el laboratorio, el investigador postdoctoral y autor principal Xiaoxi Liu, el estudiante universitario Zackariah Weinert, y otros miembros del equipo fueron guiados por simulaciones por computadora para probar la química real. Usando un espectrómetro de masas y un espectrómetro de RMN en el departamento de química de UVM,el equipo pudo confirmar la idea de Schneebeli.
simplicidad creativa
Sir Fraser Stoddart, químico líder mundial en la Universidad Northwestern, describió el nuevo estudio como "¡Brillante y elegante! Creativo y simple". Y, de hecho, es la simplicidad del enfoque lo que lo hace poderoso, dice Schneebeli ".Todo se basa en la geometría que controla la simetría de las moléculas. Esta es la única forma que puede tomar, lo que la hace muy útil ".
A continuación, el equipo tiene como objetivo modificar las piezas en forma de C, que están unidas con dos enlaces formados entre dos nitrógenos y bromo, para crear otras formas ". Estamos haciendo un tipo especial de espiral que va asea flexible como un resorte real ", explica Schneebeli, pero mantendrá su forma incluso bajo un gran estrés.
"Esta forma helicoidal podría ser súper fuerte y flexible. Podría crear nuevos materiales, tal vez para cascos más seguros o materiales para el espacio", dice Schneebeli. "En general, este trabajo nos apunta hacia materiales sintéticos con propiedades que,hoy no tiene material "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Vermont . Original escrito por Joshua Brown. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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