Volume 95 Issue 3 | p. 3
Issue Date: January 16, 2017 | Web Date: January 12, 2017

Trenzando un nudo molecular

Los químicos elevan la complejidad de estas estructuras entrelazadas al tejer tres hilos juntos en lugar de sólo dos
Department: Science & Technology
Keywords: synthesis, molecular knot, braid, helicate
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Una estructura cristalina del nudo trenzado con iones del grupo de Leigh. Gris = C, azul = N, rojo = O, morado = Fe, verde = Cl, el turquesa muestra una unidad de repetición del nudo. Los iones de contador y los átomos de hidrógeno han sido omitidos por claridad.
Credit: Science
Una estructura cristalina del nudo trenzado con iones del grupo de Leigh. Gris = C, azul = N, rojo = O, morado = Fe, verde = Cl, el turquesa muestra una unidad de repetición del nudo. Los iones de contador y los átomos de hidrógeno han sido omitidos por claridad.
 
Una estructura cristalina del nudo trenzado con iones del grupo de Leigh. Gris = C, azul = N, rojo = O, morado = Fe, verde = Cl, el turquesa muestra una unidad de repetición del nudo. Los iones de contador y los átomos de hidrógeno han sido omitidos por claridad.
Credit: Science

Trenzar –el entrelazado de tres o más hilos– parece algo bastante sencillo pero, como cualquier padre de un niño de pelo largo te diría, hace falta tener unas manos muy hábiles para dominar la técnica. Trenzar una molécula plantea un reto aún mayor, ya que no existen manos lo suficientemente diestras para entrelazar estructuras a tan pequeña escala.

Los químicos han construido el primer nudo trenzado (Science 2017, DOI: 10.1126/science.aal1619) usando átomos de hierro para guiar sus bloques de construcción moleculares. Este nuevo nudo, elaborado por David A. Leigh y sus compañeros de la Universidad de Manchester, es considerablemente más complejo que los ejemplos previos de nudos moleculares, consistentes en solo dos hilos entrelazados.

El grupo de Leigh hizo un nudo de 192 átomos con 8 puntos de cruce diferentes montando primero una triple hélice circular. Estas hélices son complejos helicoidales que contienen iones metálicos. En este caso, se usaron cuatro iones de hierro para coordinar tres restos de bipiridina en cuatro hebras de ligando idénticas.

Los químicos calentaron la mezcla de metal-ligando hasta llegar a su mínimo termodinámico, que corresponde a la estructura trenzada. Entonces usaron la reacción de metátesis para unir las olefinas en los extremos de los “hilos” y producir así el nudo. La parte difícil, según Leigh, es diseñar el hilo de ligando para que coordine los iones de hierro de forma que los extremos se unan de la manera correcta.

“Parece cosa de magia, pero no lo es”, dice sobre la síntesis Alberto Credi, un experto en química supramolecular de la Universidad de Bolonia. “Este trabajo es una impresionante demostración de que se pueden ejecutar sofisticados programas estructurales mediante autoensamblaje a través de un cuidadoso diseño”.

 “Este es un paso muy esperado para nudos moleculares totalmente nuevos,” añade Amar Flood, experto en autoensamblaje de la Universidad Bloomington de Indiana. “El diseño con hélices circulares es elegante y conveniente, y la ejecución magistral.”

Una vez que la estructura del nudo es ensamblada, los químicos eliminan los iones de hierro y un ión de cloruro que la estructura tiene secuestrado en su centro, para generar un nudo libre de metales. Esta molécula, señala Leigh, es quiral. A pesar de no tener centros quirales, puede hacerse en dos formas distintas que son imágenes especulares no superponibles la una con la otra y que pueden separarse mediante cromatografía quiral.

Leigh espera usar lo que su grupo ha aprendido llevando a cabo el nudo trenzado para crear nudos trenzados aún más complejos y, posiblemente, incluso entrelazar polímeros. “Lo que realmente nos interesa es encontrar formas generales que puedan usarse para hacer cualquier tipo de nudo que quieras. Hay seis mil millones de nudos que han sido contabilizados por matemáticos, y los químicos solo habíamos sido capaces de hacer tres de ellos hasta ahora. Este es el cuarto,” dice. “Claramente existe un enorme área del espacio químico todavía por explorar ahí fuera.”


El nudo que gira
El nudo del grupo de Leigh sale a dar una vuelta.
Credito: Robert W. McGregor
 

Traducción al español producida por Adrián Muñoz Mateo de Divulgame.org para C&EN. La versión original (en inglés) del artículo está disponible aquí.
Para ver las traducciones en español, visita http://cen.acs.org/espanol.html.


 
Chemical & Engineering News
ISSN 0009-2347
Copyright © American Chemical Society
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