El sorprendente mundo de los nanoputienses o el poder de la síntesis química orgánica

Probablemente fue en el artículo de investigación titulado Synthesis of Anthropomorphic Molecules: The NanoPutians, escrito por James M. Tour y Stephanie H. Chanteau, del Departamento de Química de la Universidad de Rice (J. Org. Chem, 68 (23) 2003) donde se acuñó el término nanoputiense, referido a moléculas que tienen forma humana e inspirado en el gentilicio de los habitantes de Liliput, el fantástico país de seres diminutos al que llegó Gulliver.

En dicho  artículo  sus autores explican cómo sintetizaron a su nanoniño (o nanoniña), que es una molécula que efectivamente se parece a un ser humano y a la que, además, supieron cómo cambiarle la cabeza para otorgarle distintos personalidades: el atleta, la escolar, la cocinera, el príncipe… Esta es la molécula que obtuvieron, con su geometría optimizada por métodos de mecánica molecular:

imageEn la figura se han suprimido los hidrógenos, que pueden verse explícitamente en esta otra representación:

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El nombre sistemático del angelito es: 2-(4-{2-[3,5-bis(pent-1-in-1-il)fenil]etinil}-2,5-bis(3,3-dimetilbut-1-in-1-il)fenl)-1,3-dioxolano, aunque sus sintetizadores lo llamaron simplemente nanokid. Su longitud es de unos 2 nanómetros.

Nos ayudaremos de su representación de esqueleto para considerar tres partes de la molécula antes de explicar cómo fue sintetizada:

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Síntesis de la parte superior del nanoniño

A un “tórax” de p-dibromobenceno se le agregan sendos “muñones” de yodo:

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que ayudarán a insertar los brazos:

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(TEA es trimetilamina, y THF, tetrahidrofurano). Para poder formar la cabeza hay que construir primero el cuello, lo que consiguieron formilando el compuesto anterior:

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(DMF es dimetilformamida). La cabeza se consigue formando un ciclo entre el grupo –CHO del cuello y una molécula de etanodiol (se usa como catalizador ácido p-toluenosulfónico, p-TsOH):

imageConviene hacer más reactiva esta parte superior del cuerpo del nanoniño sustituyendo el bromo por yodo:

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Síntesis de la parte inferior

Estas son las etapas de síntesis de la parte inferior del cuerpo (TMS indica trimetilsilil-):

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Unión de las partes superior e inferior

Las partes superior e inferior se pueden unir empleando un protocolo que se basa en un catalizador de Pd/Cu:

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Pero no acaba aquí esta curiosa proeza de la síntesis química, ya que es posible cambiar la cabeza del nanoputiense para obtener lo que los autores llamaron nanoprofesionales.

Para ello se irradia con microondas el compuesto obtenido mezclado con un exceso de un diol, diferente según el tipo de cabeza que se quiera obtener, y cantidades catalíticas de ácido p-toluenosulfónico. Con ello se consigue colocar un resto acetal -R a manera de cabeza y cuello:

imageSegún el diol utilizado y el resto acetal obtenido se pueden poner distintas cabezas al nanoputiense. Los autores del artículo obtuvieron estas:

imageimageimageimageEstas son presentaciones más artísticas (y en cierto modo más realistas) de los nanoprofesionales:

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Los dioles correspondientes necesarios son:

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Bailarines

Los investigadores consiguieron, incluso, poner “zapatillas” al nanoniño:

imagey gracias al azufre (S) que contienen, lograron unir unos 30 nanoputienses a una superficie de oro por puentes de sulfuro para construir así una coreografía de bailarines:

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Obtención de una nanoniña a partir de un nanoniño

Como es de suponer, también lograron sintetizar nanoniños en otras posiciones e incluso obtuvieron una nanoniña de un nanoniño emulando lo que dicen que hizo el dios Yavé en el Paraíso Terrenal (¿o fue al revés?):

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Ni que decir tiene, la química también permite lo contrario: obtener un nanoniño de una nanoniña.

La sociedad de los nanoputienses

Pero hicieron más aún: polimerizar nanoniños y nanoniñas:

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La misma reacción que da el polímero anterior produce estos dos dímeros bailarines (¿de tango?):

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(Los enlaces entre ambos dímeros están, obviamente, exagerados.) Estas son presentaciones más artísticas de estas moléculas o similares: nanoputienses triplenlace.com

Poniendo la imaginación en juego

Ya puestos, se puede hacer que los nanoputienses jueguen al baloncesto con la ayuda de nanutubos y fulerenos, o al fútbol, con porterías también moleculares.

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¿Qué interés científico tiene todo esto?

El profesor James M. Tour hizo este trabajo como parte de un programa educativo para demostrar a los alumnos las posibilidades de la síntesis química. Lo que pretendía enseñar es que el químico puede construir moléculas de la forma que desee, lo que lógicamente tiene un gran interés en nanotecnología.

Otra aproximación a la construcción de “nanomuñecos”, más física e intuitiva (porque se logra moviendo los átomos de sitio uno a uno, físicamente) la hemos explicado con un bellísimo ejemplo en otro artículo de esta revista.

Pero la grandeza de la síntesis química es que se consiguen las moléculas que se desean, con la forma que se quiere, no “cogiendo” los átomos y poniéndolos donde han de estar, sino mezclando líquidos en un reactor. Lógicamente, los reactivos no se mezclan sin ton ni son. Se recurre a los conocimientos acumulados durante casi dos siglos por los químicos orgánicos de todo el mundo, conocimientos que permiten predecir cómo reaccionarán las moléculas, cómo se condensan unas con otras, qué posiciones son más reactivas, etc. Por ejemplo, en este trabajo se ha hecho uso, entre otros mecanismos de síntesis, del acoplamiento de Sonogashira, consistente en la formación de un enlace C-C entre un alquino terminal y un arilo o un cloruro de vinilo con ayuda de un catalizador de complejo de paladio.

También hay que aclarar, para los no expertos, que cuando se realizan síntesis como estas no se obtiene una molécula del compuesto deseado, sino del orden del número de Avogadro, es decir, del orden de cuatrillones. Todas de una vez, todas iguales.

Una respuesta para "El sorprendente mundo de los nanoputienses o el poder de la síntesis química orgánica"

  1. YURLEY VIVIANA IBARRA RODRIGUEZ   19 - julio - 2013 at 0:22

    me parece muy interesante el trabajo que hizo el profesor James M. Tour puesto que la manera de enseñar a sus estudiantes y/o a nosotros que podemos construir una molecula de la forma que queramos. Y al hacerlo en forma de nanomuñecos donde vemos la figura humana , y tambien algo muy llamativo como lo es verla desde la perspectiva de un principe un estudiante , un panedero, bueno entre otros ,llama mucho la atencion de como una molecula puede verse de esa forma. y de ay enseñarnos como o que tiene que contener la molecula para que se vea de esa forma y que al igual nosotros podemos consturir diversas figuras, y esto tambien nos ayuda a estudiar las estructuras quimicas.

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