Aunque los nudos pueden ser una molestia, también son muy útiles a la hora de atarte los cordones o cuando vas a navegar. En matemáticas hay no menos de 6 mil millones de nudos potenciales diferentes, pero ¿qué pasa con los nudos en la química? Desde la década de 1970, Los científicos han intentado unir moléculas para crear nuevas propiedades mecánicas a medida que podrían dar lugar a nuevos materiales. Los primeros éxitos tuvieron lugar 20 años después, pero el proceso sigue siendo laborioso.

Hoy dia, investigadores de la Universidad de Ginebra (UNIGE), Suiza, han desarrollado una técnica simple y eficaz para atar nudos en moléculas, y han observado por primera vez los cambios en las propiedades que resultan de estos enclavamientos. Los resultados, publicado en la revista Química:una revista europea , abre nuevas perspectivas para diseñar materiales y transferir información molecularmente.

Los nudos son ciertamente útiles. Pero, ¿qué pasa con la química? ¿Es posible unir moléculas? La idea apareció por primera vez en 1971 con el objetivo de crear nuevos materiales inducidos por los cambios en las propiedades mecánicas y físicas que resultarían de estos enclavamientos. Pero no fue hasta 1989 que Jean-Pierre Sauvage, el premio Nobel francés de química de 2016, tuvo éxito. Posteriormente, los científicos han trabajado duro para tratar de formar nudos, pero sigue siendo un desafío.

"Para unir moléculas, tienes que usar metales que se adhieran a las moléculas y dirigirlas por un camino muy específico, formando las intersecciones necesarias para hacer nudos, "explica Fabien Cougnon, investigador del Departamento de Química Orgánica de la Facultad de Ciencias de UNIGE. "Pero es un proceso complejo que a menudo resulta en una pérdida de materia prima de más del 90%. La cantidad resultante de nudos moleculares es típicamente de unos pocos miligramos como máximo, no es suficiente para fabricar nuevos materiales ".

Moléculas hidrofóbicas que se unen por sí solas.

Los químicos de UNIGE desarrollaron una nueva técnica que permite crear moléculas entrelazadas fácilmente. "Usamos moléculas grasas que remojamos en agua calentada a 70 grados. Como son hidrofóbicas, intentan escapar del agua a toda costa, juntar y formar un nudo mediante autoensamblaje, "dice Tatu Kumpulainen, investigador del Departamento de Química Física de la Facultad de Ciencias de la UNIGE.

Gracias a esta nueva técnica, los químicos con sede en Ginebra pueden hacer nudos moleculares sin esfuerzo, y, lo que es más importante, sin perder material. "Transformamos hasta el 90% de los reactivos básicos en nudos, lo que significa que podemos considerar un análisis real de los cambios en las propiedades mecánicas inducidos por los nudos, que nunca se ha hecho antes, ", señala Cougnon. Aunque no pueden elegir cómo se anudan las moléculas, son capaces de reproducir el mismo nudo a voluntad, porque la misma estructura química siempre formará un nudo idéntico en un ambiente acuoso.

Cada nudo tiene sus propias propiedades mecánicas.

Ahora que anudar moléculas se ha vuelto fácil, ¿Qué pueden hacer los investigadores con estos nudos? ¿Tiene algún valor formarlos? Para comprobar el impacto de los enclavamientos, Los químicos de Ginebra eligieron una familia de moléculas que tienen el mismo diseño:absorben rayos ultravioleta, son fluorescentes y muy sensibles al medio ambiente en general, especialmente la presencia de agua.

"Creamos cuatro nudos, de lo más simple a lo más complejo (cero, dos, tres y cuatro intersecciones), que comparamos con una molécula de referencia que constituye su base, "explica Cougnon." Para hacer esto, Primero usamos resonancia magnética nuclear (RMN) para observar la rigidez de las diferentes partes de los nudos y la velocidad y la forma en que se mueven entre sí ". Los científicos encontraron un primer cambio en las propiedades mecánicas:cuanto más complejos son los nudos, menos se mueven.

Posteriormente, los químicos utilizaron la espectroscopia para comparar los espectros de los cuatro nudos entre sí. "Pronto nos dimos cuenta de que los nudos simples más sueltos (cero y dos intersecciones) se comportaban de la misma manera que la molécula de referencia, "continúa Kumpulainen." Pero cuando los nudos son más complejos, las moléculas, que estaban más apretadas, cambiaron sus propiedades físicas y su color. Su forma de absorber y emitir luz difiere de la molécula de referencia ". Este cambio de color significa que los científicos pueden visualizar las propiedades mecánicas específicas de cada ensamblaje, incluyendo su elasticidad, estructura, movimiento o posición.

Por primera vez, los químicos de Ginebra han demostrado que las moléculas anudadas cambian las propiedades mecánicas. "Ahora queremos poder controlar estos cambios de la A a la Z para poder utilizar estos nudos, por ejemplo, como indicadores de las propiedades del medio ambiente, ", dice Kumpulainen. Ahora que no hay pérdida de material al hacer las intersecciones, también planean construir nuevos materiales, como elásticos, utilizando las redes de nudos. "Al final, podemos considerar transferir información dentro de un nudo gracias a un simple cambio de posición en una parte del nudo que se reflejaría en toda la estructura y transmitiría la información, "concluye Cougnon.