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

Lo logró un equipo internacional en el que participaron investigadores de CONICET, con lugar de trabajo en la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, y de la Queen's University Belfast, Irlanda.

18 de febrero de 2019, 09:38.

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

Ing. María Silvina Moyano, Dr. Mario Del Pópolo, Dr. Michael Ferguson. Foto: Facultad de Cs. Exactas y Naturales.

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 (https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/sc/c8sc04971h), El equipo internacional de científicos en el que participaron becarios e investigadores del CONICET, con lugar de trabajo en la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la Universidad Nacional de Cuyo (FCEN-UNCuyo), 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. 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.

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

“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 Consejo y director de beca de Ferguson. “Hay hipótesis que dicen que la reacción se produce por el calentamiento extremo de las sustancias, debido a colisiones entre gránulos durante el proceso de molienda. Lo cual no fue lo que reveló nuestro estudio. Más bien, vemos un proceso de contacto prolongado entre los gránulos, donde las moléculas tienen tiempo de moverse, acomodarse y mezclarse”.

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.

“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 el evento mecanoquímico”, cierra Ferguson.

¿Qué es la mecanoquímica?

La mecanoquímica es una técnica alternativa de síntesis que evita el uso de grandes cantidades de disolventes y usa un proceso de molienda de alta energía para generar las reacciones. En general, la molienda se consigue mediante los impactos intensos de bolitas que son agitadas junto con los reactivos en un recipiente que vibra, o gira, con gran rapidez. Las transformaciones químicas se producen en los lugares en que colisionan las bolas, donde el impacto genera puntos localizados de presión durante un breve instante.

Utilizar fuerza mecánica para sintetizar nuevos materiales y compuestos químicos no es una idea nueva, pero es ahora cuando más fuerza está cobrando. Emplear molienda química para elaborar estructuras químicas muy complejas se ha vuelto una opción cada vez más atractiva en los últimos tiempos.

Simulated Mechanochemical Indentation of aspirin and meloxicam

Entrevista al Dr. Mario Del Pópolo

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