Química

Enlace mecánico

Publicado por Mónica González

En un enlace mecánico dos moléculas están unidas, pero no existe enlace químico entre ellas, sino que están interfijadas mecánicamente. Encontramos ejemplos de este tipo de enlace en catenanos y rotaxanos.

A pesar de que no existe enlace químico propiamente dicho, ambos componentes del enlace mecánico están íntimamente ligados, de manera que no es posible separarlos sin romper otros enlaces covalentes. Esto hace que la molécula formada sea una verdadera molécula y no un ejemplar supramolecular, como ocurre en otros casos.

Este tipo de moléculas han sido investigadas y sintetizadas en el campo de la nanotecnología desde el año 1960, pero ha sido sólo en los últimos años que se ha considerado sus posibles aplicaciones como máquinas moleculares.

La producción de motores moleculares a partir de catenanos y rotaxanos  ha sido inspirada en el estudio de las contracciones musculares.  En las células del tejido muscular,  un filamento llamado miosina está rodeado de filamentos de actina. La contracción muscular ocurre cuando los filamentos de actina desplazan los de miosina, gracias a energía brindada por ATP.

Análogamente, se ha conseguido mediante  moléculas  llamadas polipirroles, doblar un polímero sólido hacia un lado u otro, dependiendo de la dirección de una corriente eléctrica aplicada.

Una aplicación potencial muy interesante de estructuras tales como catenanos y rotaxanos sería en el campo de la computación. La movilidad de estas moléculas hace que tengan posibles aplicaciones como interruptores, por ejemplo. Además se ha  estudiados la posibilidad de fabricar micro chips, donde los rotaxanos actuarían como transistores.

Las investigaciones en este campo continúan, y todavía es muy temprano como para evaluar  la efectividad de la aplicación de estas moléculas en el rubro de la microtencología.

Catenanos.

Los catenanos son moléculas formadas por dos  o más anillos entrelazados, como se observa en la figura. En el caso de entrelazarse varios anillos, la estructura tomará forma de cadena, siendo cada macrociclo, un eslabón de la misma.

Los anillos pueden ser distintos o iguales. Sin son iguales estamos en presencia de un catenano homocíclico, si son distintos se trata de un catenano heterocíclico.

El número entre paréntesis rectos indica el número de anillos que componen la macromolécula.

Los catenanos son isómeros topológicos de los anillos que lo componen, dado que aunque giremos los anillos y los sometamos a diferentes fuerzas, no es posible separarlos sin romper uno de los dos anillos interfijados.

Rotaxanos.

Los rotaxanos están formados por uno o varios anillos atravesados por una estructura lineal, que en cada extremo tiene unida una molécula grande que cumple la función de evitar que los anillos se escapen.

Los rotaxanos no son isómeros topológicos de sus componentes por separado, debido a que si agrandáramos los anillos infinitamente (esto sólo es posible desde el punto de vista matemático, no es posible hacerlo físicamente), sería posible liberar los anillos, sacarlos de la estructura en la que se hallan enlazados, dado que su diámetro sería más grande que el de la molécula que se halla en los extremos de la estructura lineal, actuando como stopper.

Al principio la síntesis de estas moléculas era dificultosa, dado que para dirigir la reacción se utilizaban únicamente interacciones ácido-básicas y fuerzas intermoleculares. En cambio hoy en día el proceso de interfijación de catenanos y rotaxanos es más sencillo; la síntesis  está dirigida por reacciones que  incluyen metales como por ejemplo el cobre. Una o estrategia frecuente es la de cerrar fragmentos acíclicos mediante una reacción de sustitución. Luego el metal es separado mediante la formación de una sal insoluble, obteniéndose el catenano libre.

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