Diseño de adsorbentes quirales
Los compuestos quirales son ubicuos en la naturaleza. Una molécula presenta quiralidad cuando no es superponible con su imagen especular. En la práctica, eso significa que dos moléculas pueden tener la misma fórmula química pero estructuras que difieren de una manera sutil pero importante, produciendo así una función diferente. La capacidad para separar los dos enantiómeros diferentes con alta especificidad resulta por tanto crucial en muchas aplicaciones con relevancia industrial en los sectores alimentario, farmacéutico y biotecnológico. En el proyecto financiado con fondos europeos «Desarrollo de nuevos adsorbentes quirales para separaciones enantioselectivas» (CHIRAL-MOF) se investigó el potencial de una clase emergente de estructuras supramoleculares de tipo jaula para hacer justamente eso. Las estructuras metal-orgánicas (MOF) se encuentran entre los descubrimientos más apasionantes de la ciencia de materiales nanoporosos. Los químicos sintéticos conectan vértices inorgánicos con moléculas de enlace orgánicas para crear un número prácticamente ilimitado de esos polímeros de coordinación porosos. Los investigadores del proyecto CHIRAL-MOF desarrollaron herramientas de modelización y simulación molecular para facilitar el diseño de nuevas estructuras MOF para separación quiral y enantioselectiva. Las herramientas se probaron primero prediciendo la adsorción de pequeñas moléculas gaseosas corrientes, como dióxido de carbono, dióxido de azufre, los óxidos nítricos, metano y nitrógeno. Los resultados preliminares fueron satisfactorios y dieron lugar a numerosas publicaciones. La separación adsortiva de moléculas quirales mucho más complejas suele tener lugar en fase líquida. El equipo acudió entonces a métodos sofisticados como la aproximación de Monte Carlo con fracciones continuas, desarrollada para simular líquidos iónicos. Dichos métodos se integraron en los algoritmos más sencillos. Para estructuras MOF no quirales se aplicaron asimismo con éxito métodos «in silico». Los investigadores diseñaron la estructura cristalina de dos estructuras MOF hipotéticas y predijeron sus propiedades adsortivas. Las posteriores síntesis y pruebas demostraron propiedades estructurales y adsortivas en línea con las predichas. El trabajo completado en el ámbito del proyecto CHIRAL-MOF ayudó al beneficiario de la subvención a obtener una plaza permanente en el University College de Londres. También sentó las bases para el futuro diseño basado en conocimientos de estructuras MOF quirales para uso en la producción de fármacos con utilidad deseada y sin toxicidad indeseada.
Palabras clave
Adsorbente quiral, enantiómeros, enantioselectivo, supramolecular, estructuras metal-orgánicas, simulación, separación, adsorción
