En el laboratorio, un catalizador separa moléculas especulares

Imagínese un guante izquierdo y uno derecho puestos uno junto al otro. Mismos materiales, mismo tamaño, y sin embargo uno no encaja en la otra mano. Las moléculas pueden comportarse igual, y para los químicos eso supone un auténtico quebradero de cabeza. Las moléculas especulares, llamadas enantiómeros, son tan parecidas que los métodos de separación habituales tienen dificultades para distinguirlas. Un equipo de Japón informa ahora, en la revista Science Advances, de que ha separado una mezcla equilibrada de estas moléculas especulares, obtenidas sustituyendo hidrógeno por deuterio en una de las formas.

El deuterio es un primo más pesado del hidrógeno: su núcleo contiene un protón y un neutrón. Sustituir hidrógeno por deuterio puede modificar ligeramente las propiedades de una molécula, lo que hace que estas moléculas marcadas resulten útiles en el desarrollo de fármacos y en la ingeniería de materiales. La dificultad es que las dos formas especulares siguen siendo casi idénticas. Las herramientas disponibles eran poco eficaces. La espectroscopia, que utiliza resonancia magnética nuclear (RMN), permite distinguir estas moléculas, pero los autores señalan que estos métodos son sobre todo analíticos y no ofrecen una vía práctica para separarlas. La cromatografía especializada dio una separación deficiente, y un intento que funcionó mejor necesitó 65 pasadas por un sistema de cromatografía de reciclaje. Así, los investigadores han construido estas moléculas sobre todo mediante una síntesis cuidadosamente controlada, en lugar de separar mezclas existentes.

La idea del equipo fue usar la única diferencia que introduce el deuterio. Un enlace carbono-deuterio es más difícil de romper que uno carbono-hidrógeno, y los autores llaman a esta diferencia «la única palanca energética disponible» para distinguir las dos formas. La combinaron con la preferencia de un catalizador por una orientación molecular concreta. El resultado fue un catalizador basado en rutenio que reacciona con una forma especular más rápido que con la otra. En pruebas con 2-etilnaftaleno, utilizando una reacción que añade un grupo que contiene nitrógeno, el material recuperado se estimó en más del 99,9 % de una de las formas. En una prueba con otra molécula, una forma reaccionó 83 veces más rápido que la otra.

Estas cifras tienen límites reales. La mayoría de los valores de enriquecimiento se dedujeron de los productos de reacción, no se midieron directamente en las moléculas recuperadas. La única comprobación independiente, que convirtió una muestra y luego aplicó RMN, dio una proporción medida de 93:7 frente a una prevista de 94:6, una coincidencia estrecha que respalda las estimaciones. El rendimiento también varió considerablemente según la estructura molecular, y algunos compuestos se separaron con menor eficacia. El método es un punto de partida, no un proceso de producción terminado.

En la investigación farmacéutica, la ganancia práctica sería un suministro más rápido de bloques de construcción marcados con isótopos, las piezas de partida que los químicos ensamblan para obtener fármacos. Una de las moléculas probadas se utiliza en la fabricación de tofogliflozina, un fármaco para la diabetes, y se separó con éxito en estas pruebas. Los autores afirman que el método aún necesita más ensayos, y el artículo no indica cuándo los laboratorios podrían adoptarlo. Por ahora, el cambio es concreto para los químicos: una vía que podría sustituir parte de la lenta síntesis controlada en la que dependen hoy, una vez demostrada más allá de estos ejemplos de laboratorio.