Los investigadores ajustan la velocidad del cambio de quiralidad

Fig. 1:Diagramas estructurales de las formas P y M del metalocriptando helicoidal (R6)-LNi3, que tiene un sitio de unión para iones metálicos. La tasa de inversión P/M depende en gran medida de los iones metálicos. Crédito:Avances científicos (2023). DOI:10.1126/sciadv.adj5536

Las moléculas quirales pueden tener propiedades funcionales dramáticamente diferentes y al mismo tiempo compartir fórmulas químicas idénticas y estructuras casi idénticas. La estructura molecular de dos tipos de molécula quiral (los llamados enantiómeros) son imágenes especulares entre sí, donde una no puede superponerse a la otra, del mismo modo que su mano derecha no cabe de adelante hacia atrás en la izquierda. Si bien muchas moléculas quirales se consideran tradicionalmente fijas como diestras o zurdas, se sabe que las moléculas quirales basadas en hélices pueden cambiar en respuesta a cambios en su entorno.

Ahora, investigadores dirigidos por Shigehisa Akine de la Universidad de Kanazawa han demostrado cómo los cambios ambientales también pueden acelerar o desacelerar este proceso de inversión quiral, proporcionando un novedoso sistema conmutable programable en el tiempo. La investigación se publica en la revista Science Advances. .

Los investigadores centraron su estudio en el metalocriptado (R₆ )-LNi₃ , una molécula orgánica que presenta átomos metálicos en una estructura molecular en forma de jaula que puede existir en una de las dos formas posibles descritas como tipo P o M (diestro y zurdo, respectivamente) (Fig. 1). En su forma pura (R₆ )-LNi₃ tiene una proporción preferida de tipo P a tipo M de 12:88.

A partir de una proporción de 50:50, las moléculas cambiarán de una forma a otra, con preferencia por el tipo M para cumplir con esa proporción. Los investigadores midieron este cambio en la proporción mediante RMN y espectroscopia dicroica circular. Sin embargo, agregue un metal alcalino a la cavidad de la jaula y esta preferencia puede cambiar.

Añadiendo iones de metales alcalinos a la solución del (R₆ )-LNi₃ Los investigadores pudieron confirmar que los iones metálicos se unían fácilmente al metalocriptando a partir de los cambios en las firmas espectroscópicas de las moléculas. Además, el ion unido también desplazó la proporción preferida por un margen y con una velocidad que dependía del metal alcalino utilizado.

Los investigadores atribuyen las diferentes tasas y proporciones a diferencias en las constantes de unión no solo entre el ion metálico y las dos formas de la molécula, sino también a una constante de unión virtual para la molécula en transición entre las dos. La unión entre el ion cesio y la molécula tipo P fue más de 20 veces mayor que la del tipo M, por lo que la solución finalmente cambió a una proporción más alta del tipo P con una proporción P:M de 75:25 en el transcurso de 21 horas.

La proporción final con ion rubidio fue similar al tipo P, alcanzando una proporción ligeramente menor de 72:28, pero en solo 100 minutos. Con el ion potasio, la relación de equilibrio volvió a ser menor, 68:32, pero se alcanzó en tan solo un minuto, tres órdenes de magnitud más rápido que con el ion cesio (Fig. 2). Los investigadores atribuyen esta velocidad a la gran constante de enlace virtual con la molécula en transición.