Anillo formado por cinco átomos de bismuto
Misterio químico resuelto tras décadas
Investigadores del Instituto de Tecnología de Karlsruhe (KIT) han logrado sintetizar por primera vez una molécula formada por cinco átomos de bismuto, el anillo Bi₅, y estabilizarla en un complejo metálico. Con este descubrimiento, han cerrado una importante brecha en la química y creado la base para nuevas aplicaciones en investigación de materiales, catálisis y electrónica. El equipo publica los resultados en Nature Chemistry.
"Con la síntesis del anillo biológico hemos dado respuesta a una vieja pregunta de la investigación básica. Esta molécula podría desempeñar un papel importante en el desarrollo de nuevos materiales y procesos químicos en el futuro", explica la profesora Stefanie Dehnen, del Instituto de Química Inorgánica del KIT y jefa del grupo de investigación de Materiales basados en Clústeres. Resulta especialmente interesante que el anillo bi₅ tenga una estructura similar a la molécula ciclopentadienilo (C₅H₅)-, que ya se utiliza ampliamente en la industria. Sin embargo, el anillo de Bi₅- se diferencia por su mayor masa y sus propiedades electrónicas únicas.
Un rompecabezas químico resuelto después de décadas
Durante décadas, los investigadores han buscado análogos pesados del anillo ciclopentadienilo, es decir, variantes de moléculas en las que los átomos originales de carbono e hidrógeno se sustituyen por elementos más pesados. Éstos ofrecen propiedades potencialmente interesantes y atractivas para catalizar reacciones químicas o para materiales de componentes electrónicos. Hasta ahora no se había descubierto el análogo formado por átomos del elemento bismuto, el metal más pesado pero no tóxico, aunque se había predicho que el anillo tenía propiedades aromáticas similares, es decir, electrones igualmente estables y ampliamente distribuidos que el (C₅H₅)-. El aislamiento del anillo demuestra ahora que incluso las variantes más pesadas pueden introducirse en compuestos estables y utilizarse para reacciones. Los métodos analíticos de alta precisión, aplicados en colaboración con los grupos del profesor Florian Weigend, del Instituto de Nanotecnología del KIT, y del profesor Wolfgang Wernsdorfer, del Instituto de Física del KIT, proporcionaron información detallada sobre las propiedades electrónicas y magnéticas especiales del producto [{IMesCo}₂Bi₅]. Como era de esperar, esto demostró que esta molécula es especialmente prometedora para aplicaciones en catálisis y electrónica.
Stefanie Dehnen y su equipo lograron la síntesis mediante una combinación de experiencia, intuición y moderna tecnología de síntesis. Un factor decisivo fue el uso de un disolvente especial, explica la profesora, que acaba de recibir el premio de la IUPAC a la Mujer Distinguida en Química o Ingeniería Química. Este galardón reconoce los logros sobresalientes de las mujeres en el campo de la química y la ingeniería química en todo el mundo.
Las tecnologías sostenibles podrían beneficiarse
El trabajo del grupo de investigación demuestra lo importante que es la investigación básica para los avances científicos. Los resultados no sólo constituyen un hito en la química, sino que también podrían sentar las bases para el desarrollo de tecnologías más eficientes y respetuosas con el medio ambiente. El proyecto ha sido financiado por la Fundación Alemana de Investigación y el Consejo Europeo de Investigación. El equipo tiene previsto investigar otros compuestos basados en el bi₅-anillo para aprovechar plenamente su potencial en reacciones químicas y aplicaciones en ciencia de materiales. En el futuro, también se utilizarán métodos de aprendizaje automático para optimizar aún más las rutas de síntesis y acelerar la investigación. "Esperamos que nuestro trabajo anime a otros investigadores a seguir en esta dirección y desarrollar nuevas aplicaciones", afirma Dehnen. Para ello, ella y su equipo también quieren colaborar con empresas e instituciones de investigación interesadas.
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