Creación de un polímero quiral a partir de monómeros aquirales usando un campo magnético

Esquema y mecanismo propuesto del proceso de electropolimerización de 2-vinilpiridina. (A) Esquema del proceso de electropolimerización de 2-vinilpiridina (25). (B) Esquema de un mecanismo propuesto para la polimerización enantioselectiva en presencia de electrones polarizados por espín. Después de la adsorción del primer monómero en el electrodo (amarillo), se adsorbe un segundo monómero en la configuración pro-diestro (A) o pro-zurdo (B). Los electrones polarizados por espín se transfieren desde el electrodo al complejo formado. La polarización de espín que se inyecta depende de la dirección de magnetización del sustrato. Se prefiere un electrón polarizado por espín (la esfera con una flecha) para la configuración de mano derecha, y el espín opuesto se transfiere preferentemente para la estructura de mano izquierda. El carbono asimétrico se indica en verde. La polimerización secuencial continúa y, en consecuencia, se forman estructuras de mano derecha (A') o de mano izquierda (B'). No se pudo obtener evidencia de la estructura secundaria del polímero. Crédito:Avances científicos (2022). DOI:10.1126/sciadv.abq2727

Un equipo combinado de investigadores del Instituto Weizmann y el Instituto de Tecnología de Israel, ambos en Israel, ha desarrollado una forma de crear un polímero quiral a partir de monómeros aquirales utilizando un campo magnético como una forma de alinear el espín de los electrones que están involucrados en formación de enlaces. En su artículo publicado en la revista Science Advances , el grupo describe su técnica y sus posibles usos en espintrónica.

La creación de moléculas con propiedades de imagen especular es importante en muchos procesos químicos; los productos farmacéuticos son quizás uno de los más conocidos. Tales moléculas tienen quiralidad, lo que significa que son espejos de otras moléculas que permiten un fuerte enlace. Una analogía sería dos manos presionadas una contra la otra. Crear tales moléculas tiende a ser un proceso largo y difícil. En este nuevo esfuerzo, los investigadores han desarrollado una forma de simplificar el proceso en un tipo de aplicación mediante el uso de monómeros para crear un único polímero quiral.

El trabajo del equipo consistió en colocar una molécula de monómero en un electrodo y alterar la dirección del flujo de corriente debajo de él como un medio para controlar el campo magnético en la superficie del electrodo a medida que se agregaban monómeros adicionales. Hacerlo permitió controlar los electrones polarizados por espín a medida que se absorbían en el cuerpo de la molécula, y eso permitió manipular la forma del polímero a medida que crecía. El resultado fue un polímero quiral con la forma deseada.

Los investigadores señalan que pudieron mantener la "orientación" de cada nuevo estereocentro durante todo el proceso, aunque reconocen que dicho control se debilitó a medida que las cadenas de polímero crecían en longitud (lo que las hizo más distantes del electrodo). Aun así, descubrieron que podían controlar la acción a distancias de hasta 100 nm.

El uso de la nueva técnica, señalan los investigadores, podría permitir la producción de polímeros quirales sin la necesidad de catalizadores quirales o incluso reactivos quirales, que generalmente se descartan una vez que se completan las reacciones, lo que representa una reducción en el desperdicio y el costo. Sugieren que también podría ayudar a explicar por qué las moléculas en los seres vivos son casi todas enantiómeros individuales. + Explora más