Imaginemos un molde de repostería: vertemos la masa, dejamos que se endurezca y al desmoldarla, obtenemos la figura perfecta. Esta misma idea es la que ha aplicado un equipo de investigadores catalanes para crear moléculas orgánicas complejas a partir una estructura sólida cristalina. El resultado es una técnica que permite sintetizar macrociclos orgánicos con precisión quirúrgica, sin los métodos tediosos e inestables de la química tradicional.
El hallazgo, publicado hoy en la revista Science, ha sido liderado por científicos del Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia (ICN2) y la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB), en colaboración con la Universitat de Girona, la Universidad de California en Berkeley y el Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona (ICMAB-CSIC). Según sus autores, este enfoque “sienta las bases de una vía totalmente innovadora y versátil para obtener moléculas complejas” con aplicaciones que van desde la nanotecnología hasta la medicina o la creación de nuevos materiales inteligentes.
El avance se basa en diseñar estructuras que actúan como moldes y que contienen en su interior las moléculas deseadas
Los macrociclos son moléculas cíclicas que se utilizan en ámbitos tan diversos como la industria alimentaria, la cosmética o la liberación controlada de fármacos. Sin embargo, su síntesis tradicional suele ser complicada, con bajo rendimiento y muchos subproductos. El nuevo enfoque ofrece una alternativa rápida, limpia y programable.
La técnica se llama clip-off chemistry, que podría traducirse como “química de recorte”. Consiste en diseñar materiales sólidos (conocidos como COFs, por las iniciales en inglés de Estructuras Orgánicas Covalentes) que contienen en su interior las moléculas deseadas. Estos sólidos actúan como moldes cristalinos con cavidades estratégicamente dispuestas, y los enlaces químicos que los mantienen unidos se colocan en lugares precisos para que puedan romperse selectivamente.
Es “una vía totalmente innovadora y versátil para obtener moléculas complejas”, afirman los investigadoras
El “bisturí” que permite esa escisión controlada es el ozono, un gas compuesto por tres átomos de oxígeno. Al exponerlos a este proceso conocido como ozonólisis, las uniones internas se rompen selectivamente y se liberan macrociclos poliamídicos y poliimídicos con una pureza y rendimiento excepcionales.
“Diseñamos materiales que ya contienen en su interior los anillos que buscamos, a partir de precursores sencillos, como si fueran piezas de LEGO, y luego los liberamos con precisión quirúrgica”, explica Daniel Maspoch, autor principal del estudio y líder del grupo de Nanoquímica Supramolecular y Materiales del ICN2.
El proceso es tan eficaz que ha permitido sintetizar hasta nueve tipos distintos de macrociclos, algunos con más de 160 átomos en su estructura. Los investigadores han logrado controlar no solo el tamaño del anillo, sino también su composición química, incorporando grupos funcionales como aldehídos, ácidos carboxílicos o flúor, lo que amplía enormemente su potencial para aplicaciones industriales y científicas.
Las estructuras liberadas han sido validadas con espectrometría de masas, espectroscopía de resonancia magnética nuclear y microscopía de efecto túnel, una técnica capaz de visualizar átomos individuales. En este proceso participaron también los investigadores del grupo de Manipulación Atómica y Espectroscopía del ICN2, liderado por Aitor Mugarza.
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Una de las fortalezas del método es su escalabilidad: las reacciones funcionan igual de bien en escalas de miligramos o gramos, y el uso de reticular chemistry (química de redes) permite modificar el diseño de los COFs para obtener anillos aún más grandes o con funciones específicas. El equipo asegura que su enfoque podría proporcionar acceso generalizado a macromoléculas y polímeros aún inaccesibles a nivel molecular, incluyendo macrociclos estructuralmente sofisticados, para diversas aplicaciones.
“Este método sienta las bases de una vía totalmente innovadora y versátil para obtener moléculas complejas”, con un “gran potencial de aplicación en ámbitos tan diversos como la química orgánica, la nanotecnología o el diseño de nuevos materiales, dispositivos o biosensores”, añaden los autores.