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Describen por primera vez los procesos moleculares involucrados en una reacción mecanoquímica

Publicada el 22 DE FEBRERO 2019, 09:05 En Divulgación Científica.

Lo logró un equipo internacional en el que participaron científicos del CONICET en la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la Universidad Nacional de Cuyo.

Describen por primera vez los procesos moleculares involucrados en una reacción mecanoquímica
De izq. a der.: Michael Ferguson, Mario del Pópolo y Silvina Moyano.

En los últimos años la mecanoquímica ha cobrado fuerza como una alternativa sustentable para sintetizar compuestos orgánicos.

A diferencia del método tradicional, en el cual la reacción química se produce en un medio líquido, el proceso de activación mecanoquímica trabaja inyectando energía mecánica a las sustancias reaccionantes en estado sólido. Esto reduce significativamente la utilización de solventes nocivos para la salud y el medio ambiente.

Si bien esta tecnología es utilizada desde hace años en la creación de materiales compuestos, lo que no se sabía, hasta ahora, era qué procesos ocurrían durante la mecanosíntesis a escala molecular.

En un artículo recientemente publicado en la prestigiosa revista Chemical Science, un equipo internacional de científicos en el que participaron becarios e investigadores del CONICET en la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la Universidad Nacional de Cuyo (FCEN-UNCuyo), junto con científicos de la Queen’s University Belfast (Reino Unido), logró demostrar qué sucede con las moléculas de los reactantes sólidos durante la molienda mecánica que activa la reacción química.

“En nuestro grupo hacemos simulaciones computacionales, y lo que intentábamos comprender es cómo se mezclan dos sólidos en ausencia de un solvente líquido. Es decir, qué sucede durante las primeras etapas de la reacción mecanoquímica a nivel molecular”, explica Michael Ferguson, becario posdoctoral del CONICET que participó en el estudio.

Los investigadores simularon colisiones entre gránulos minúsculos de ambos sólidos usando como modelo la co-cristalización mecanoquímica entre aspirina y meloxicam, dos fármacos en estado sólido.

“La contribución más importante de este estudio es que permite entender cómo se mezclan los sólidos en una reacción mecanoquímica”, comenta Mario Del Pópolo, investigador independiente del CONICET y director de beca de Ferguson.

“Había hipótesis que decían que la reacción se produce por el calentamiento extremo de las sustancias, debido a colisiones entre gránulos durante el proceso de molienda. Lo que se revela en nuestro estudio es que eso no es así. Hay más bien un proceso de contacto prolongado entre los gránulos, donde las moléculas tienen tiempo de moverse, acomodarse y mezclarse”, detalla el investigador.

Según Del Pópolo, se estima que las sucesivas colisiones y separaciones entre gránulos son las responsables de que se produzca la reacción. Es un comportamiento mecánico conocido como plasticidad. Este nuevo modelo tira por tierra supuestos anteriores basados en el aumento de temperatura como condición necesaria para la reacción química entre sólidos.

“Lo que vimos es que es algo muy plástico. Normalmente se piensa que los cristales son algo duro, pero en los procesos que simulamos se ven como plastilina. A medida que los gránulos de aspirina y meloxicam se separan, se forma un puente entre ellos que se va estirando y ahí es donde ocurre la transferencia. Ahí ves cómo se van intercambiando las moléculas en cada choque”, concluye.

Mecanosíntesis simulada entre granos de aspirina (azul) y meloxicam (rojo)

Sobre investigación:

Michael Ferguson. Becario posdoctoral. FCEN (UNCuyo) y Queen’s University Belfast (Reino Unido).

Silvina Moyano. Becaria doctoral. FCEN (UNCuyo).

Gareth A. Tribello. Queen’s University Belfast (Reino Unido).

Deborah E. Crawford. Queen’s University Belfast (Reino Unido).

Eduardo M. Bringa. Investigador principal. Facultad de Ingeniería (Universidad de Mendoza).

Stuart L. James. Queen’s University Belfast (Reino Unido).

Jorge Kohanoff. Queen’s University Belfast (Reino Unido).

Mario G. Del Pópolo. Investigador independiente. FCEN (UNCuyo) y Queen’s University Belfast (Reino Unido).