Cristales a medida

Solemos decir que un sustrato encaja en su enzima como una llave en una cerradura, pero esta metáfora es imperfecta. La unión del sustrato también puede cambiar la cerradura (la estructura de la enzima) para inducir un ajuste perfecto. En la revista Angewandte Chemie, un equipo internacional de investigadores ha presentado un material cristalino no biológico que demuestra un comportamiento de unión inducida cuando absorbe de forma altamente selectiva acetileno (C2H2) en sus poros.

Un efecto de ajuste inducido imitado de la naturaleza podría ser útil para aumentar la selectividad de los materiales cristalinos porosos y para manejar mejor los procesos de separación difíciles o las separaciones de gases, por ejemplo. Entre los candidatos más prometedores se encuentran los materiales formados por moléculas enlazadoras individuales orgánicas y/o inorgánicas e iones metálicos como nodos. Podrían ser marcos metal-orgánicos (MOF) o materiales híbridos ultramicroporosos (HUM), que son más blandos (menos rígidos) que los materiales porosos clásicos como las zeolitas.

Un equipo dirigido por Susumu Kitagawa y Michael J. Zaworotko ha desarrollado ahora un nuevo tipo de HUM blando que puede modificar sus poros para permitir que las moléculas de acetileno encajen perfectamente en ellos. El material, llamado sql-SIFSIX-bpe-Zn, une el acetileno con una fuerza inusual y permite una separación altamente selectiva del acetileno del etileno (C2H4), o del dióxido de carbono (_CO2).

El acetileno altamente puro es una materia prima importante para la industria química, incluida la producción de plásticos, así como para la microelectrónica. Los actuales procesos de producción de acetileno producen impurezas, como el etileno y el dióxido de carbono, que son difíciles de eliminar y requieren mucha energía. El nuevo adsorbente de ajuste inducido "reconoce" el acetileno específicamente como su molécula invitada y altera su estructura de forma reversible para formar cavidades estrechas con fuertes interacciones y alta energía de unión para el invitado.

Este nuevo HUM desarrollado por el equipo de investigación de la Universidad de Limerick (Irlanda), la Universidad de Kioto (Japón), la Universidad de Stellenbosch (Sudáfrica) y la Universidad del Sur de Florida (Tampa, EE.UU.) tiene un armazón flexible compuesto por aniones de hexafluorosilicato, moléculas de enlace orgánico flexibles e iones de zinc en los nodos. Según se ha determinado mediante diversos métodos analíticos y modelos informáticos, las transformaciones observadas en presencia de acetileno se derivan principalmente de las interacciones del acetileno con los aniones inorgánicos. Esto difiere de otros ejemplos conocidos anteriormente de ajuste inducido. Se espera que este adsorbente tenga una alta eficiencia de separación y un bajo requerimiento de energía para su regeneración.

Basándose en los conocimientos adquiridos, el equipo espera desarrollar otros materiales de ajuste inducido para otros tipos de moléculas huéspedes difíciles de separar.