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Estudian rearreglos moleculares a gran velocidad

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Existen moléculas capaces de intercambiar sus átomos entre sí tan rápido y en un periodo muy corto, que no es posible conocer mediante experimentos de espectroscopía su estructura química. Este fenómeno, señaló Said Jalife Jacobo Premio Arturo Rosenblueth 2019 en el área de Ciencias Exactas y Naturales, se denomina fluxionalidad; concepto que estudió en los carbocationes no-clásicos con formas poliédricas y cúmulos de boro.

En su trabajo doctoral, Said Jalife elucidó los rearreglos moleculares complejos y el origen de la fluxionalidad de estos sistemas, mostrando que parte esencial de este comportamiento se debe a la presencia de átomos de carbono que violan las reglas clásicas de coordinación y de enlace. Es decir, en lugar de formar un enlace entre 2 átomos con 2 electrones, se forma con 3 átomos, extendiendo el número de coordinación del carbono de 4 a 5.

Este fenómeno también ocurre de manera similar en cúmulos de boro, los cuales tienden a formar estructuras planas o semiplanas con anillos concéntricos y enlaces totalmente deslocalizados (los electrones se distribuyen y se mueven entre varios átomos).

Estas características facilitan, en ciertos casos, la rotación del fragmento interno, lineal o con forma de anillo, con respecto a un anillo exterior, el cual se asemeja al movimiento de un rotor Wankel.

Los resultados de su investigación indican que la fluxionalidad de los cúmulos planares de boro depende de una combinación de factores electrónicos y geométricos, incluidos el tamaño y las simetrías de los anillos internos y externos, así como de enlaces totalmente deslocalizados en toda la estructura, los cuales son decisivos para determinar las propiedades dinámicas de estos sistemas.

El trabajo de investigación se llevó a cabo en el Laboratorio de Fisicoquímica Teórica del Departamento de Física Aplicada del Cinvestav Unidad Mérida, bajo la dirección de Gabriel Merino, en donde se empleó cómputo de alto rendimiento para resolver ecuaciones químico-cuánticas que permiten entender la estructura electrónica y las propiedades de las moléculas.

Así, la idea central del trabajo de Said Jalife consistió en identificar las características clave de estas moléculas y proponer algunas reglas básicas que deben cumplir para catalogarse como fluxionales, esto con miras a mejorar los modelos teóricos para representar la estructura de las moléculas.

Entre las implicaciones de este estudio destacan el posible desarrollo de rotores y motores moleculares de boro. “De hecho, otros grupos de investigación han publicado sus resultados experimentales sobre cúmulos de boro, los cuales confirman algunas de las predicciones teórico-computacionales del estudio que realizamos”, mencionó Said Jalife, quien actualmente realiza una estancia posdoctoral en el Departamento de Química Teórica de la Universidad de Oxford, en Reino Unido.

De acuerdo con el investigador, el siguiente paso es generar un sistema que permita estabilizar estos nanomotores de boro sobre una superficie y controlar su movimiento.

Además, dijo, los datos obtenidos de la tesis “Estudio teórico de moléculas fluxionales: Rearreglos de carbocationes poliédricos y comportamiento dinámico de cúmulos planares de boro”, podrían llevar al diseño de otros sistemas fluxionales, por ejemplo, de berilio, y de nuevos materiales con múltiples aplicaciones. 

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