Roberto R. Gil y Rongchao Jin de la Universidad Carnegie Mellon han utilizado con éxito la RMN para analizar la estructura de nanopartículas de oro infinitesimales, lo que podría promover el desarrollo y uso de las partículas diminutas en el desarrollo de fármacos.

Su enfoque ofrece una ventaja significativa sobre los métodos de rutina para analizar nanopartículas de oro porque puede determinar si las nanopartículas existen en una configuración tanto para diestros como para zurdos. un fenómeno llamado quiralidad. Determinar la quiralidad de una nanopartícula es un paso importante hacia su desarrollo como catalizadores quirales, herramientas muy buscadas por la industria farmacéutica. Sus resultados se publican en línea en ACS Nano .

Hoy en día, muchos medicamentos en el mercado contienen al menos una molécula quiral. A menudo, solo una de las configuraciones, o isómeros, es eficaz en el cuerpo. En algunos casos, el otro isómero incluso puede ser dañino. Un ejemplo sorprendente es el fármaco talidomida, que constaba de dos isómeros:uno de los cuales ayudaba a las mujeres embarazadas a controlar las náuseas mientras que el otro causaba daños al feto en desarrollo. En un esfuerzo por crear más seguro, medicamentos más efectivos, Los fabricantes de medicamentos están buscando formas de producir sustancias más puras que contengan solo el isómero de la mano izquierda o derecha.

Huifeng Qian, un estudiante graduado de cuarto año que trabaja con Jin, creó una nanopartícula de oro que tiene el potencial de catalizar reacciones químicas que producirán un isómero en lugar del otro. La nanopartícula está compuesta precisamente por 38 átomos de oro y mide apenas 1,4 nanómetros. Qian trabajó diligentemente durante casi un año para convertir las nanopartículas en cristales de alta calidad para poder estudiar su estructura mediante cristalografía de rayos X.

"Cultivar un cristal puro a partir de nanopartículas es un gran desafío, y es posible que ni siquiera puedas conseguir un cristal, "dijo Jin, profesor asistente de química en el Mellon College of Science de CMU. "En la comunidad de nanopartículas, se han informado las estructuras cristalinas de sólo tres nanopartículas ".

En el caso de Jin, La cristalografía de rayos X reveló que la nanopartícula de oro es quiral. Los químicos normalmente sondean la estructura quiral interna de las nanopartículas de oro utilizando una técnica llamada espectroscopia de dichoismo circular. Cuando las moléculas quirales puras se exponen a luz polarizada circularmente, cada isómero absorbe la luz de manera diferente, resultando en un espectro único - y de signo opuesto - para cada isómero. El proceso de creación de las nanopartículas de oro, sin embargo, a menudo resulta en una mezcla 50/50 de cada isómero, conocidos como racemates.

"Debido a que el espectro es de signo opuesto para cada isómero, se cancelan entre sí y la respuesta óptica neta es cero. Esto hace que la espectroscopia de dichoismo circular (CD) sea inútil cuando se trata de determinar la quiralidad de las nanopartículas de oro en mezclas 50/50, "dijo Gil, profesor asociado de investigación de química y director de la instalación de RMN del Departamento de Química.

Como Jin no podía usar la espectroscopia de dichoismo circular, Gil pudo usar la RMN para ayudar a Jin a distinguir entre los isómeros zurdos y diestros de sus nanopartículas de oro.

La espectroscopia de RMN se aprovecha del fenómeno físico en el que algunos núcleos se bambolean y giran como peonzas, emitir y absorber una señal de radiofrecuencia en un campo magnético. Al observar el comportamiento de estos núcleos giratorios, los científicos pueden reconstruir la estructura química del compuesto.

En 1957, Los científicos observaron que los átomos de hidrógeno de un grupo de metileno (CH2) que giraba libremente producían dos frecuencias diferentes si estaban cerca de un centro quiral. Nanopartículas de oro de Jin, que tienen un núcleo quiral, están protegidas por varios grupos químicos, incluidos los grupos metileno que giran libremente. Gil razonó que el núcleo quiral de las nanopartículas debería inducir a los dos átomos de hidrógeno del grupo metileno a emitir frecuencias diferentes, un fenómeno conocido como diastereotopicidad.

Gil y Jin compararon la señal de RMN de los átomos de hidrógeno en una nanopartícula de oro no quiral con la señal de RMN de los átomos de hidrógeno en una nanopartícula de oro quiral. El espectro de RMN de la nanopartícula no quiral no reveló ninguna diferencia, pero el espectro de RMN de la nanopartícula quiral reveló dos señales de hidrógeno diferentes, proporcionando una forma simple y eficiente de saber si la partícula es quiral o no, incluso para una mezcla 50/50 de isómeros.

"La RMN es un método alternativo y muy eficaz para proporcionar información útil sobre cómo los átomos de las nanopartículas forman la estructura molecular. Debido a que la RMN puede determinar la quiralidad en algunos casos, se puede utilizar fácilmente para determinar la pureza de una mezcla de nanopartículas, "Dijo Jin.

En el trabajo actual, Jin y Qian se esfuerzan por convertir su mezcla 50/50 de isómeros diestros y zurdos en una solución pura de uno u otro.