Un solo átomo de carbono une moléculas planas en 3D en laboratorio

Plano está bien para una hoja de papel. Para muchas moléculas útiles, es un problema. En un estudio publicado en Nature, investigadores de la Universidad de Osaka explican que un único átomo de carbono puede darles profundidad, uniendo dos moléculas planas en una estructura tridimensional en un solo paso.

Las moléculas resultantes se llaman espirociclos, en las que dos anillos comparten un solo átomo de carbono. Las dos mitades se sitúan en ángulo recto, como dos naipes encajados formando una cruz, lo que hace que las estructuras sean rígidas y estables. Esa estabilidad es la razón por la que importan en células solares y otros materiales electrónicos. La dificultad está en el carbono central, que debe formar cuatro enlaces separados en un mismo punto. Un átomo de carbono libre es extremadamente inestable, y los sustitutos anteriores solo podían unir moléculas a través de sus dobles enlaces.

El equipo de Osaka, dirigido por Hayato Fujimoto, optó por trabajar con enlaces simples carbono–carbono. Un catalizador de rodio rompe esos enlaces en moléculas planas llamadas bifenilenos, mientras que PINC, un reactivo estable que funciona como un átomo de carbono «empaquetado», aporta un carbono al hueco. El resultado son cuatro nuevos enlaces carbono–carbono alrededor de un único carbono central. Para comprobar de dónde procedía ese carbono, los investigadores marcaron PINC con una forma de carbono rastreable, y la marca acabó exclusivamente en el centro de la nueva molécula. La reacción también funcionó a escala de gramos en una instalación de laboratorio estándar.

Para un químico, la característica más útil puede ser el control. Según el autor principal, Mamoru Tobisu, ajustar la temperatura decide si el método une dos moléculas idénticas o dos diferentes, lo que abre el acceso a estructuras 3D que de otro modo son difíciles de fabricar. El equipo también señala que el método tolera una variedad de grupos químicos y puede emparejar un bifenileno con un doble enlace carbono–carbono.

Lo que cambia es el punto de partida. Los químicos que diseñan nuevas moléculas funcionales pueden empezar con bloques de construcción planos y sencillos y llegar a arquitecturas 3D complejas en un solo paso, con posibles aplicaciones que van desde los materiales electrónicos hasta las células solares. El estudio es un resultado de laboratorio, y los autores describen un enfoque, no un producto. No se ofrece ningún calendario para su uso industrial, y el estudio no informa de cantidades de producción más allá de la escala de gramos.