Una representación por computadora de la jaula de la molécula de seis triazol diseñada para capturar sales de cloruro. Crédito:Yan Liu, Universidad de Illinois en Urbana-Champaign
Los investigadores de la Universidad de Indiana han creado una nueva y poderosa molécula para la extracción de sal de un líquido. El trabajo tiene potencial para ayudar a aumentar la cantidad de agua potable en la Tierra.
Construido utilizando enlaces químicos que antes se consideraban demasiado débiles, la nueva molécula se ha mejorado unas diez mil millones de veces en comparación con una estructura similar creada hace más de 10 años en IU. El diseño de las moléculas se publicó el 23 de mayo en la revista. Ciencias .
"Si colocara una millonésima parte de un gramo de esta molécula en una tonelada métrica de agua, El 100 por ciento de ellos todavía podrá capturar una sal, "dijo Yun Liu, quien dirigió el estudio como Ph.D. estudiante en el laboratorio de Amar Flood, el Profesor James F. Jackson de Química y el Profesor Luther Dana Waterman en el Departamento de Química de la Facultad de Artes y Ciencias de IU Bloomington.
La molécula está diseñada para capturar cloruro, que se forma cuando el elemento cloro se empareja con otro elemento para ganar un electrón. La sal de cloruro más conocida es el cloruro de sodio, o sal de mesa común. Otras sales de cloruro son cloruro de potasio, cloruro de calcio y cloruro de amonio.
Al mismo tiempo que la población humana sigue creciendo, la filtración de sal en los sistemas de agua dulce está reduciendo el acceso al agua potable en todo el mundo. Solo en los EE. UU. el Servicio Geológico de EE. UU. estima 271 toneladas métricas de sólidos disueltos, incluidas las sales, ingresan a arroyos de agua dulce por año. Los factores que contribuyen incluyen los procesos químicos involucrados en la extracción de aceite, el uso de sales para carreteras y ablandadores de agua, y el desgaste natural de la roca. Solo se necesita una cucharadita de sal para contaminar permanentemente cinco galones de agua.
La nueva molécula de extracción de sal creada en IU se compone de seis "motivos" de triazol:anillos de cinco miembros compuestos de nitrógeno, carbono e hidrógeno, que juntos forman una "jaula" tridimensional con la forma perfecta para atrapar el cloruro. En 2008, El laboratorio de Flood creó una molécula bidimensional, con forma de rosquilla plana, que utilizó cuatro triazoles. Los dos triazoles adicionales dan a la nueva molécula su forma tridimensional, y un aumento de diez mil millones de veces en eficacia.
La molécula también es única porque se une al cloruro mediante enlaces carbono-hidrógeno, anteriormente se consideraba demasiado débil para crear interacciones estables con el cloruro en comparación con el uso tradicional de enlaces nitrógeno-hidrógeno. A pesar de las expectativas, los investigadores encontraron que el uso de triazoles creaba una jaula tan rígida que formaba un vacío en el centro, que atrae iones de cloruro.
Yun Liu sostiene un modelo impreso en 3D de la molécula de seis triazol diseñada para capturar sales de cloruro. Crédito:Fred Zwicky, Universidad de Illinois en Urbana-Champaign.
Por el contrario, Las jaulas con enlaces nitrógeno-hidrógeno suelen ser más flexibles, y el centro similar al vacío necesario para la captura de cloruro requiere un aporte de energía. reduciendo su eficiencia en comparación con una jaula a base de triazol.
"Si tomara nuestra molécula y la apilara contra otras jaulas que usan enlaces [más fuertes], estamos hablando de muchos órdenes de magnitud de aumento del rendimiento, ", dijo Flood." Este estudio realmente muestra que la rigidez se subestima en el diseño de jaulas moleculares ".
La rigidez también permite que la molécula conserve su forma después de que se haya perdido el cloruro central. en comparación con otros diseños que colapsan en las mismas circunstancias debido a su flexibilidad. Esto proporciona a la molécula una mayor eficacia y versatilidad.
El trabajo también es reproducible. La primera molécula tardó casi un año en sintetizarse, dijo Liu, quien se sorprendió al descubrir los cristales necesarios para confirmar la estructura única de la molécula formada después de que el experimento se dejara solo en el laboratorio durante varios meses, un hecho sorprendente ya que este proceso generalmente requiere un control cuidadoso.
La formación del cristal representó un momento "eureka", demostrando que el diseño único de la molécula era realmente viable. Más tarde, Wei Zhao, investigador postdoctoral en el laboratorio de Flood, pudo recrear la molécula en varios meses.
