Agencias, Ciudad de México.- Químicos del IOCB de Praga son los primeros en describir las causas del comportamiento de una molécula aromática fundamental, que fascina por su color y también por otras propiedades inusuales: el azuleno.
Consideran que su avance influirá en los fundamentos de la química orgánica en los próximos años y, en la práctica, ayudará a aprovechar el máximo potencial de la energía luminosa capturada. Su artículo aparece en el Journal of the American Chemical Society (JACS).
El azuleno ha despertado la curiosidad de los químicos durante muchos años. La pregunta de por qué es azul, a pesar de que no hay ninguna razón obvia para ello, fue respondida hace casi 50 años por un científico de importancia mundial, que casualmente tenía estrechos vínculos con el IOCB (Institute of Organic Chemistry and Biochemistry), el profesor Josef Michl.
Ahora, el doctor Tomás Slanina sigue sus pasos para ofrecer a sus colegas en el campo la solución a otro enigma. Él y sus colegas han descrito de manera convincente por qué la diminuta molécula de azuleno viola la denominada regla universal de Kasha.
Esta regla explica cómo las moléculas emiten luz al pasar a varios estados excitados. Si utilizamos la analogía de una escalera ascendente, entonces el primer escalón (el primer estado excitado de la molécula) es alto y cada escalón posterior es más bajo y, por tanto, más cercano al anterior. Cuanto menor es la distancia entre los escalones, más rápido tiende la molécula a caer del escalón a niveles inferiores. Luego espera más tiempo en el primer paso antes de regresar al nivel base, tras lo cual puede emitir luz. Pero el azuleno se comporta de manera diferente.
To explain this, the researchers used the concept of (anti)aromaticity. They showed that anti-Kasha properties of azulene and its derivatives result from the contrasting (anti)aromaticity of its first and second singlet excited states and an easily accessible antiaromaticity… pic.twitter.com/5ZrIye8zia
— IOCB Prague (@IOCBPrague) September 19, 2023
Para explicar el comportamiento del azuleno, los investigadores del IOCB Praga utilizaron el concepto de (anti)aromaticidad. Una sustancia aromática no se caracteriza por un olor aromático sino por ser estable o satisfecha, por así decirlo.
Una sustancia antiaromática es inestable y la molécula intenta escapar de este estado lo más rápido posible. Deja el estado de energía superior y decae. En el primer paso, el azuleno es insatisfecho, es decir, antiaromático, y por tanto decae en el orden de picosegundos sin tener tiempo de emitir luz.
En el segundo paso, sin embargo, se comporta como una sustancia aromática satisfecha. Y eso es importante. Puede existir en este estado excitado incluso durante un nanosegundo completo, y eso es tiempo suficiente para emitir luz. Por tanto, la energía de este estado excitado no se pierde por ningún lado y se convierte completamente en un fotón de alta energía.
Con su investigación, el equipo de Slanina responde a las necesidades del presente, que busca una manera de garantizar que la energía de los fotones (por ejemplo, del sol) capturada por una molécula no se pierda y pueda usarse más (por ejemplo, para transferir energía entre moléculas o para la separación de cargas en células solares).
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El objetivo es crear moléculas que gestionen la energía luminosa de la manera más eficiente posible. Además, en el artículo actual, los investigadores muestran en muchos casos que la propiedad del azuleno es transferible; se puede unir simplemente a la estructura de cualquier molécula aromática, gracias a lo cual esa molécula obtiene las propiedades clave del azuleno.
Tomá* Slanina añade: “Me gustan las teorías que son tan simples que puedes imaginarlas, recordarlas y luego ponerlas en práctica fácilmente. Y eso es exactamente lo que hemos logrado hacer. Hemos respondido a la pregunta de por qué las moléculas se comportan de una manera determinada, y lo hemos hecho usando un concepto muy simple”.
En su investigación, los científicos del IOCB Praga utilizaron varios programas únicos que pueden calcular cómo se comportan los electrones de una molécula en los estados excitados superiores antes mencionados. Se sabe poco sobre estos estados en general, por lo que el trabajo también es innovador porque abre la puerta a su estudio posterior. Además, el artículo publicado en JACS no es sólo computacional sino también experimental, informa el IOCB en un comunicado.
Los investigadores del grupo de Tomás Slanina respaldaron sus hallazgos con un experimento que confirmó con precisión la exactitud de los datos calculados. También colaboraron con una de las autoridades más respetadas del mundo en el campo de las moléculas (anti)aromáticas, el profesor Henrik Ottosson de la Universidad de Uppsala en Suecia. Y esta es la segunda vez que JACS se interesa por su colaboración; la primera vez fue en relación con la investigación de otra molécula primaria: el benceno.
Sin embargo, la historia del azuleno tiene aún más matices. Se trata no sólo de la fotoquímica sino también de la medicina. Al igual que la primera zona, la segunda también lleva el sello del IOCB Praga: uno de los primeros medicamentos desarrollados en sus laboratorios fue una pomada a base de aceite de manzanilla que contenía un derivado del azuleno.
A lo largo de las décadas, la cajita denominada Dermazulen, que contiene un preparado con efectos curativos y antiinflamatorios, ha encontrado su lugar en los botiquines de primeros auxilios.
Yet the story of #azulene and its connection with @IOCBPrague is even more layered.
The question of why it is blue, despite there being no obvious reason for this, was answered almost fifty years ago by a scientist of global importance, who, coincidentally, is now a…
— IOCB Prague (@IOCBPrague) September 19, 2023
