Un trabajo explica cómo se producen cambios químicos a partir de fuerzas de tensión

Un trabajo desarrollado por los investigadores Jordi Ribas Ariño, del Departamento de Ciencias de los Materiales y Química Física de la UB, en colaboración con el profesor Dominik Marx (Universidad Bochum del Ruhr, Alemania), ha podido explicar un caso de cambios químicos provocados por la aplicación de fuerzas de tensión: el de la ruptura de moléculas de disulfuros enlazadas a cadenas poliméricas. El estudio, recientemente publicado en la revista Nature Chemistry, ha empleado la simulación por ordenador para describir las transformaciones que se producen cuando dichas moléculas están sometidas a fuerzas mecánicas de diferente intensidad.

Hasta el momento, el calor, la luz y la electricidad han sido los instrumentos clave para realizar las reacciones químicas, cuyo resultado es la conversión de una molécula en otra. Sin embargo, hace unos años se demostró que sometiendo algunas moléculas a fuerzas mecánicas de estrés o tensión también se consiguen modificaciones químicas, no observables bajo otras condiciones. El campo que estudia las relaciones de la química de moléculas y compuestos con la fuerza mecánica a la que están sometidos es la mecanoquímica covalente, un ámbito de investigación floreciente.

El trabajo publicado ahora en Nature Chemistry muestra una complejidad inesperada en la reacción de reducción de los disulfuros en solución alcalina, que prevé la ruptura del enlace covalente entre los átomos de carbono y sulfuro cuando esta es activada por una fuerza mecánica externa. En concreto, los disulfuros —moléculas formadas por el enlace covalente de dos átomos de azufre— presentan unas propiedades mecanoquímicas muy particulares, ya que cuando están sometidos a tensión mecánica experimentan cambios conformacionales que modifican por completo su reactividad. La descripción precisa de estos cambios fue publicada por los mismos autores del estudio actual en un artículo que apareció en Nature Chemistry en 2013.

«Los resultados abren el camino para diseñar aplicaciones concretas de estas pequeñas moléculas, como podrían ser la síntesis de materiales que al estresarse se vuelven más rígidos (por ejemplo, músculos y huesos) o bandas elásticas que al tirar se acortan o, por otro lado, la aplicación de ultrasonidos para activar reacciones químicas selectivas», apunta Jordi Ribas Ariño, que también es miembro de la Red de Referencia en Química Teórica y Computacional (XRQTC). Asimismo, estos resultados permiten predecir las propiedades y el comportamiento de los llamados mecanóforos, moléculas que pueden experimentar una reacción química cuando se ven sometidas a fuerzas mecánicas de tensión externas.

Referencia del artículo:P. Dopieralski, J. Ribas–Ariño, P. Anjukandi, M. Krupicka, D. Marx. «Unexpected mechanochemical complexity in the mechanistic scenarios of disulfide bond reduction in alkaline solution». Nature Chemistry,octubre de 2016. Doi: 10.1038/nchem.2632

Imagen: El estudio ha permitido describir las transformaciones que se producen cuando dichas moléculas están sometidas a fuerzas mecánicas de diferente intensidad.