Los espectrómetros de masas son máquinas de alta tecnología que desempeñan un papel importante en nuestra sociedad. Son instrumentos analíticos de alta sensibilidad, indispensables en áreas como el diagnóstico médico, el control de calidad de los alimentos y la detección de sustancias químicas peligrosas.
El grupo de investigación dirigido por el Dr. Jonas Warneke del Instituto Wilhelm-Ostwald de Química Física y Teórica de la Universidad de Leipzig está trabajando para modificar los espectrómetros de masas para que puedan usarse para un propósito completamente diferente:la síntesis química de nuevas moléculas. Estos espectrómetros de masas preparativos se pueden utilizar para producir compuestos químicos de una manera nueva.
Los investigadores sintetizaron recientemente un nuevo compuesto a partir de un fragmento molecular cargado y nitrógeno del aire, que tiene una amplia gama de aplicaciones potenciales en la construcción de nuevas estructuras moleculares. Han publicado sus nuevos hallazgos en la revista Angewandte Chemie. . La portada de la revista visualiza el concepto de "cosechar" moléculas compuestas a partir de fragmentos en un enfoque similar a una caja de semillas en la fase gaseosa de un espectrómetro de masas directamente en un matraz químico que normalmente se emplearía para la síntesis convencional.
Desarrollar nuevas formas de romper y reformar enlaces químicos es una de las principales tareas de la investigación química básica.
"Cuando se rompe un enlace en una molécula cargada, el resultado suele ser un fragmento químicamente 'agresivo', al que llamamos fragmento reactivo. Estos fragmentos son difíciles de controlar utilizando métodos establecidos de síntesis química. Puedes pensar en ellos como bestias indómitas. que atacan cualquier cosa a su paso. En un espectrómetro de masas, hay muchas maneras de romper ciertos enlaces y generar fragmentos", dice el Dr. Warneke, describiendo los procesos en los espectrómetros de masas.
Según él, las "bestias" se mantienen en condiciones especiales porque dentro del espectrómetro de masas hay un vacío. Esto significa que no hay nada a lo que atacar, evitando así reacciones químicas incontroladas. "Si luego le ofrecemos una determinada molécula, por ejemplo nitrógeno, que normalmente no reacciona y no se une, la bestia se contenta con ella porque no le queda otra opción", afirma. De este modo, las moléculas que son muy difíciles de unir, como el nitrógeno, pueden incorporarse fácilmente a una nueva sustancia", continúa Warneke.
En el pasado, el equipo de investigación utilizó este método para llevar fragmentos reactivos a reacciones muy inusuales, por ejemplo, con gases nobles, que son los elementos químicos más difíciles de unir. "La estrategia básica de controlar bestias químicas en espectrómetros de masas no es nueva", afirma Warneke. Se ha utilizado durante décadas para analizar las propiedades de fragmentos reactivos. Sin embargo, los nuevos compuestos encontrados de esta manera no pudieron seguir utilizándose.
Los espectrómetros de masas muestran lo que sucede en su interior, pero las nuevas sustancias sólo se producen en pequeñas cantidades y, por lo general, no se pueden extraer. A menudo, simplemente se destruyen cuando se genera la señal utilizada para los análisis.
Esta es la razón por la que los investigadores suelen salir de los experimentos con espectrómetros de masas con "grandes conocimientos" pero con las "manos vacías". "Tienen a la bestia bajo control. Sucede exactamente lo que esperaban:observan la nueva molécula con propiedades potencialmente fascinantes y luego desaparece", dice Warneke, describiendo experimentos químicos en espectrómetros de masas convencionales.
La nueva publicación podría cambiar fundamentalmente esta visión de las reacciones químicas en los espectrómetros de masas. El equipo de investigación produjo una nueva sustancia a partir de un fragmento agresivo y nitrógeno no reactivo y la recogió con espectrómetros de masas preparativos en cantidades suficientes para que pudiera verse a simple vista, manipularse y experimentarse más con ella.
La cantidad de sustancia producida mediante este método seguirá limitada a aplicaciones de tecnología de película delgada durante algún tiempo. Sin embargo, la espectrometría de masas preparativa pronto podría abrir posibilidades completamente nuevas para estas aplicaciones, por ejemplo, en la producción de microchips, células solares o recubrimientos biológicamente activos.
Más información: Markus Rohdenburg et al, Síntesis química con iones moleculares gaseosos:recolección [B12 Hermano11 N2 ] - de un espectrómetro de masas, Angewandte Chemie International Edition (2023). DOI:10.1002/anie.202308600
Información de la revista: Edición internacional Angewandte Chemie , Angewandte Chemie
Proporcionado por la Universidad de Leipzig
