Una observación peculiar durante experimentos de laboratorio ha llevado a los investigadores al descubrimiento de una innovación para toda la vida. Después de años intentando replicar el comportamiento, descubrir su mecanismo y limitar su alcance, un equipo interdisciplinario liderado por la Universidad Flinders en Australia ha anunciado lo que describen como un gran descubrimiento: un tipo de reacción de intercambio de enlace de azufre-azufre previamente desconocido. Lo que hace que esta reacción sea notable es que los enlaces de azufre-azufre generalmente requieren calor, luz, o catalizadores para ser persuadidos a reorganizarse en moléculas. La nueva «reacción de metátesis de trisulfuro» ocurre sin reactivos adicionales o estímulos externos. En cambio, ocurre espontáneamente a temperatura ambiente cuando las moléculas que contienen cadenas de tres átomos de azufre – trisulfuros – se colocan en ciertos disolventes.
«Es raro descubrir una reacción completamente nueva, y aún más raro que sea útil en tantos campos y aplicaciones», dice el químico Justin Chalker de la Universidad Flinders, autor principal del artículo, quien ha estado investigando polímeros de sulfuro durante más de una década. «Comprender la nueva reacción nos permitió usarla en varias aplicaciones de alto valor, incluyendo la modificación selectiva de un fármaco antitumoral y la producción de un nuevo plástico que puede moldearse, usarse y luego ‘desarmarse’ cuando se requiera reciclaje».
Los enlaces de azufre-azufre son esenciales para muchas moléculas diferentes, incluyendo péptidos, proteínas, polímeros y medicamentos. Parte de lo que hace particularmente útil a este enlace es su capacidad para romperse y reformarse en respuesta a una amplia gama de diferentes estímulos. Por lo general, son las cadenas moleculares que contienen dos átomos de azufre – disulfuros – las que se usan en estas reacciones.
Los trisulfuros orgánicos, en los que tres átomos de azufre forman una cadena con un fragmento diferente en cada extremo (notados como R-S-S-S-R, con R significando «resto de la molécula»), son menos estudiados pero aún importantes. Se utilizan en productos como caucho vulcanizado y medicamentos antitumorales, por ejemplo. Pero persuadir a los trisulfuros de reorganizarse tradicionalmente ha sido difícil. Una investigación previa encontró que intercambiar estos enlaces de azufre generalmente requiere altas temperaturas, a menudo entre aproximadamente 80 y 150 grados Celsius, y aun así, las reacciones pueden tardar horas o días en alcanzar el equilibrio.
La recién descubierta reacción de metátesis de trisulfuro se comporta de manera muy diferente. En ciertos disolventes, las cadenas de azufre comienzan a intercambiar fragmentos en cuestión de segundos a temperatura ambiente, sin necesidad de calor, luz o reactivos adicionales. Durante el estudio de polímeros que contienen azufre, el equipo observó que ciertas moléculas de trisulfuro se reorganizaban rápidamente cuando se disolvían en disolventes como dimetilformamida, comúnmente utilizados en experimentos de química. En lugar de necesitar calor o catalizadores, las cadenas de azufre comenzaron a intercambiar fragmentos por sí mismas.
En la reacción, dos moléculas de trisulfuro pueden intercambiar los grupos químicos unidos a sus extremos, efectivamente intercambiando parejas y formando nuevas combinaciones de moléculas. Los químicos llaman a este tipo de proceso de intercambio de parejas metátesis. Por lo tanto, un par de moléculas con el arreglo R1-S-S-S-R1 y R2-S-S-S-R2 se convierte en R1-S-S-S-R2 y R2-S-S-S-R1.
Bajo las condiciones adecuadas, el intercambio sucede de manera sorprendentemente rápida, a veces alcanzando el equilibrio en cuestión de segundos a temperatura ambiente. Y es fácilmente reversible. Los investigadores ya han puesto a prueba la reacción, utilizándola para modificar el compuesto antitumoral calicheamicina. También lo usaron para construir un plástico hecho de cadenas unidas por enlaces de trisulfuro que podrían desmontarse fácilmente en sus bloques constructores constituyentes.
«Estoy emocionado de ver cómo esta química es adoptada, ampliada y aplicada de formas aún no imaginadas», dice el químico Harshal Patel del Laboratorio Chalker en la Universidad Flinders. «Encontrar una nueva reacción es emocionante, y ya hemos demostrado varias aplicaciones significativas en química biomolecular y de materiales.»
Debido a que la reacción es rápida, selectiva y reversible, podría dar a los químicos una nueva forma de construir moléculas que pueden reorganizarse bajo condiciones suaves, algo que podría resultar útil en campos que van desde el descubrimiento de medicamentos hasta la ciencia de materiales. «Creo que los ejemplos que hemos mostrado de lo que se puede hacer con esta química son solo la punta del iceberg», dice el químico Tom Hasell de la Universidad de Liverpool en el Reino Unido.
La investigación ha sido publicada en Nature Chemistry.
