Las "bestias moleculares" cargadas, base de nuevos compuestos

Los investigadores utilizan fragmentos "agresivos" de iones moleculares para la síntesis química

07.11.2023
Leipzig University

Los espectrómetros de masas son máquinas de alta tecnología que desempeñan un papel importante en nuestra sociedad. Son instrumentos analíticos de alta sensibilidad indispensables en ámbitos como el diagnóstico médico, el control de calidad de los alimentos y la detección de sustancias químicas peligrosas. El grupo de investigación dirigido por el Dr. Jonas Warneke en el Instituto Wilhelm-Ostwald de Química Física y Teórica de la Universidad de Leipzig trabaja en la modificación de los espectrómetros de masas para que puedan utilizarse con un fin completamente distinto: la síntesis química de nuevas moléculas. Estos espectrómetros de masas preparativos pueden utilizarse para producir compuestos químicos de una forma nueva. Los investigadores acaban de sintetizar un nuevo compuesto a partir de un fragmento molecular cargado y nitrógeno del aire, que tiene una amplia gama de aplicaciones potenciales en la construcción de nuevas estructuras moleculares. Han publicado sus nuevos hallazgos en la revista "Angewandte Chemie". La portada de la revista visualiza el concepto de "cosechar" moléculas compuestas a partir de fragmentos en un planteamiento similar al de una caja de semillas en la fase gaseosa de un espectrómetro de masas directamente en un matraz químico que se emplearía normalmente para la síntesis convencional.

Leipzig University

Portada de la revista Angewandte Chemie.

Desarrollar nuevas formas de romper y reformar enlaces químicos es una de las principales tareas de la investigación química básica. "Cuando se rompe un enlace en una molécula cargada, el resultado suele ser un fragmento químicamente 'agresivo', que denominamos fragmento reactivo. Estos fragmentos son difíciles de controlar con los métodos establecidos de síntesis química. Se puede pensar en ellos como bestias indómitas que atacan todo lo que encuentran a su paso. En un espectrómetro de masas, hay muchas formas de romper ciertos enlaces y generar fragmentos", explica el Dr. Warneke al describir los procesos de los espectrómetros de masas. Según él, las "bestias" se mantienen en condiciones especiales porque dentro del espectrómetro de masas hay vacío. Esto significa que no tienen nada que atacar, lo que evita reacciones químicas incontroladas. "Si entonces ofrecemos una determinada molécula, por ejemplo nitrógeno, que normalmente no es reactiva y no se une, la bestia se conforma con ella porque no tiene otra opción", explica. De este modo, moléculas muy difíciles de unir, como el nitrógeno, pueden incorporarse fácilmente a una nueva sustancia", prosigue Warneke.

En el pasado, el equipo de investigación ha utilizado este método para introducir fragmentos reactivos en reacciones muy inusuales, por ejemplo, con gases nobles, que son los elementos químicos más difíciles de unir. "La estrategia básica de controlar a las bestias químicas en los espectrómetros de masas no es nueva", afirma Warneke. Se ha utilizado durante décadas para analizar las propiedades de fragmentos reactivos. Sin embargo, los nuevos compuestos hallados de este modo no podían seguir utilizándose. Los espectrómetros de masas muestran lo que ocurre en su interior, pero las nuevas sustancias sólo se producen en cantidades minúsculas y normalmente no pueden extraerse. A menudo, simplemente se destruyen cuando se genera la señal utilizada para los análisis.

Por eso los investigadores suelen salir de los experimentos con espectrómetros de masas con "grandes conocimientos" pero "las manos vacías". "Tienen a la bestia bajo control. Sucede exactamente lo que esperaban, observan la nueva molécula con propiedades potencialmente fascinantes, y luego desaparece", dice Warneke, describiendo los experimentos químicos en espectrómetros de masas convencionales. La nueva publicación podría cambiar radicalmente esta visión de las reacciones químicas en los espectrómetros de masas. El equipo de investigación produjo una nueva sustancia a partir de un fragmento agresivo y nitrógeno no reactivo y la recogió con espectrómetros de masas preparativos en cantidades suficientes para que pudiera verse a simple vista, manipularse y seguir experimentando con ella.

La cantidad de sustancia producida por este método seguirá limitada durante algún tiempo a las aplicaciones de la tecnología de capa fina. Sin embargo, la espectrometría de masas preparativa podría abrir pronto posibilidades completamente nuevas para estas aplicaciones, por ejemplo, en la producción de microchips, células solares o recubrimientos biológicamente activos. El grupo de investigación junior ha alcanzado ahora un hito importante en su proyecto, financiado por la Beca Freigeist de la Fundación Volkswagen desde 2020.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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