Un material nanoporos capaç de reconèixer molècules segons la seva orientació espacial

El descobriment d'aquests materials obre noves aplicacions en l'àmbit de la química farmacèutica i en biotecnologia. El nou tamís molecular presenta el major diàmetre de porus aconseguit fins al moment. El treball s'ha publicat a la revista Nature.

 

 L'investigador del CSIC Avelino Corma amb el model de la nova zeolita.

 

Investigadors de l'Institut de Tecnologia Química, centre mixt del Consell Superior d'Investigacions Científiques (CSIC) i la Universitat Politècnica de València, han sintetitzat la zeolita ITQ-37 (acrònim de Institut de Tecnologia Química-37), un tamís molecular cristal·lí amb el major diàmetre de porus aconseguit fins al moment (aproximadament 20 Å -angstrom-. La troballa, que s'ha publicat a la revista Nature, obre noves aplicacions a la separació i reactivitat de molècules en l'àmbit de la química farmacèutica, la biologia i la biotecnologia.

De forma inèdita, aquesta nova zeolita aconseguirà reconèixer molècules no solament per la seva grandària i forma, sinó també per la seva orientació espacial, gràcies a la seva estructura quiral, en la qual les molècules són imatges especulars entre si. "Dit d'una manera senzilla, el material sintetitzat tindria la capacitat de distingir entre una mà dreta i una mà esquerra que, encara que són iguals en grandària i forma, no són superposables ja que una és la imatge especular de l'altra", il·lustra l'investigador del CSIC Avelino Corma.

En aquesta línia, el material podria reconèixer distints isòmers òptics, és a dir, molècules quirals, i separar-les o fer reaccionar a una d'elles selectivament, ja que els investigadors de l'Institut de Tecnologia Química han aconseguit introduir també en l'estructura de la zeolita centres actius que catalitzen diferents reaccions.

Tal com explica Avelino Corma, "la importància del reconeixement de molècules segons la seva orientació espacial es demostra clarament en l'àmbit de la farmacologia. Així, en determinats medicaments dues molècules amb la mateixa composició química però amb diferent distribució dels seus àtoms en l'espai es comporten de manera diferent i un dels dos isòmers òptics és 100 vegades més efectiu que l'altre".

La síntesi de la nova zeolita trenca amb el paradigma existent que considerava que aquests materials, o bé no podrien ser sintetitzats o no serien estables. "Hem demostrat que si és possible i que gràcies a la dimensió dels seus porus s'aconsegueix el reconeixement de molècules que per la seva grandària no eren accessibles als materials zeolítics cristal·lins que existien fins al moment", assenyala Corma.

Vida i reconeixement molecular

Un dels temes de major interès en química és el de reconeixement molecular, pel qual una molècula interacciona específicament amb una altra per obtenir un resultat concret, encara que estigui en presència d'un gran nombre de molècules. Precisament, el propi funcionament dels éssers vius es basa en processos de reconeixement molecular.

La naturalesa ha arribat a tal grau d'especialització, que la vida utilitza exclusivament proteïnes L (del llatí laevus, esquerre) i àcids nucleics D (dexter, dret). Es podria dir que la vida és homoquiral i que, per tant, per a un determinat tipus de molècules no accepta més que una sola orientació. Aquest fet obliga a que els receptors del nostre organisme siguin capaços de diferenciar aquests isòmers òptics i puguin acoblar-se o ser excitats per tan sols un d'ells.

"En alguns casos la selectivitat dels nostres receptors per un dels isòmers òptics L o D l'hem après a costa de sofriments, com en el cas del medicament Talidomina, comunament prescrit pels metges durant els anys 60 per al tractament de les nàusees en les embarassades. Els laboratoris fabricaven la molècula activa, que era quiral, com una barreja de les formes L i D. Desgraciadament, un dels isòmers era nociu per al desenvolupament del fetus donant lloc a malformacions en els nens", apunta l'investigador del CSIC.

 

The ITQ-37 mesoporous chiral zeolite. Junliang Sun, Charlotte Bonneau, Ángel Cantín, Avelino Corma, María J. Díaz-Cabañas, Manuel Moliner, Daliang Zhang, Mingrun Li, Xiadong Zou. Nature, 458, Issue 7242, 2009.