UNRC: investigadores locales protagonizan la tapa del último número de una de las más prestigiosas revistas en química del mundo

Un avance científico local conquistó la tapa de la última edición de la prestigiosa revista The Journal of Physical Chemistry B, arbitrada y editada por la Sociedad Química Estadounidense.  Se trata de The Journal of Physical Chemistry B, de la Sociedad Química Estadounidense. “Que un estudio realizado con el espectrómetro de resonancia magnética nuclear de la UNRC y simulaciones computacionales compita en esa primera línea mundial muestra la calidad de la ciencia que se hace en el interior argentino”, sostuvo el químico Darío Falcone. 

Se trata de una publicación de alta influencia en el ámbito de la química física y la biofísica. La American Chemical Society (ACS) la sociedad científica más prestigiosas del mundo en química, por lo que publicar en The Journal of Physical Chemistry B es un logro académico de alto nivel y cobra valor en procesos de evaluación científica.

El trabajo fue realizado por investigadores de la Universidad Nacional de Río Cuarto y se titula “Las redes persistentes de enlaces de hidrógeno del mentol determinan la estructura y la hidratación de un solvente eutéctico profundo natural hidrófobo: perspectivas a partir de RMN y simulaciones de dinámica molecular del sistema alcanfor-mentol”.

El doctor en Química Rubén Darío Falcone es el director de esta línea de trabajo y autor de correspondencia de la publicación. Al equipo lo integran también los doctores Alejandra González Herrera, Mariano Correa y Fernando Moyano, todos del Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud –IDAS, dependencia CONICET-UNRC-. Se suma André Petelski, investigador adjunto del CONICET, que pertenece a la Facultad Regional Resistencia de la Universidad Tecnológica Nacional.

“Es un doble logro. Primero, que la ACS, que es la principal sociedad química del mundo, acepte el trabajo implica superar la evaluación de pares internacionales. Segundo, y más excepcional: las tapas no se asignan al azar; la revista destaca en su portada trabajos que considera sobresalientes del volumen”, expresó satisfecho el doctor Falcone, al tiempo que puntualizó: “Que un estudio realizado con el espectrómetro de resonancia magnética nuclear de la UNRC y simulaciones compita en esa primera línea mundial muestra la calidad de la ciencia que se hace en el interior argentino, a pesar de la fuerte desfinanciación que sufre hoy la ciencia”.

“Además, la figura representativa del sistema alcanfor:mentol:agua será vista por químicos de todo el mundo, dando visibilidad a una temática ‘verde’ en plena expansión”, remarcó.

– ¿Qué conocimiento novedoso aporta el estudio?

– Por primera vez se mide directamente la estructura líquida, la movilidad molecular y la respuesta al agua de la mezcla eutéctica formada por alcanfor:mentol. Hasta ahora, la literatura sólo hipotetizaba que esta mezcla se estabilizaba por puentes de hidrógeno entre el grupo hidroxilo del mentol y el carbonilo del alcanfor; nadie había caracterizado esa jerarquía de interacciones a escala molecular.

– ¿Están centrados en mezclas líquidas formadas por la combinación de componentes de origen natural? ¿Cuáles?

– Sí. El estudio trata un NADES hidrofóbico (solvente eutéctico natural, Natural Deep Eutectic Solvent, por su nombre en inglés) formado por dos monoterpenoides: alcanfor y mentol, ambos sólidos a temperatura ambiente, que forman un líquido eutéctico en proporción equimolar. Son moléculas naturales, biodegradables, de baja toxicidad y de bajo costo.

– ¿Se logró avanzar de manera significativa y obtener hallazgos valiosos?

– Sí. El hallazgo central es una jerarquía de interacciones clara y cuantificada: mentol–mentol > mentol–alcanfor > mentol–agua. Es decir, la red dominante no es la que se suponía (mentol–alcanfor), sino la autoasociación del mentol, y el agua no integra la red: queda segregada en pequeños grupos poco enlazados, hasta separarse en fases sin destruir la estructura del NADES.

– Combinaron la espectroscopia de Resonancia Magnética Nuclear de protón y simulaciones de dinámica molecular para dilucidar la estructura supramolecular de un líquido eutéctico de alcanfor:mentol (1:1) y sus mezclas acuosas. ¿Puede explicar?

– Son dos miradas complementarias sobre el mismo problema. La RMN de ¹H es experimental: observa cómo resuenan los protones; si el pico del OH del mentol mantiene su «doblete» (acoplamiento escalar), significa que los protones intercambian lentamente, es decir, que hay entornos locales estables y persistentes. Las simulaciones de dinámica molecular son computacionales: mueven átomos según leyes físicas durante 100 nanosegundos y permiten contar cuántos puentes de hidrógeno de cada tipo existen, y ver dónde se ubican las moléculas de agua. Cuando ambas técnicas coinciden, la conclusión es muy sólida: experimento y simulación se confirman mutuamente.

– ¿Cuál es el objetivo?

– Elucidar la estructura supramolecular del NADES alcanfor:mentol (1:1) y entender qué hace el agua cuando se agrega: cómo perturba la red de puentes de hidrógeno, dónde se acomoda y cuándo provoca la separación de fases.

– ¿Qué comprobaciones obtuvieron?

– Varias, todas con doble respaldo experimental-computacional: la red de puentes de hidrógeno está dominada por interacciones mentol–mentol; el agua rompe progresivamente esos puentes pero sin sustituirlos por puentes mentol–agua; las moléculas de agua tienden a autoasociarse en pequeños grupos, no a solvatarse homogéneamente en el líquido (respaldado por el desplazamiento del pico de agua hacia campos altos respecto del agua pura y por las funciones de distribución radial, RDF); aún con agua en exceso, cuando el sistema se vuelve turbio y bifásico, las señales características del NADES persisten: los dominios ricos en solvente conservan su integridad estructural.

– ¿Qué aporte hace este trabajo de ciencia básica?

– Da a la comunidad una imagen molecular unificada de los NADES hidrofóbicos, algo que la propia literatura señalaba como cuello de botella: sin comprensión atomística no es posible desarrollar modelos predictivos, ni diseñar formulaciones a demanda, por ejemplo, para ajustar la solubilidad de fármacos hidrofóbicos o la tolerancia al agua de un solvente.

– ¿Es una línea de investigación nueva?

– La línea de los NADES existe desde hace relativamente pocos años, pero el manuscrito destaca que ningún estudio previo había medido directamente la estructura líquida y la respuesta al agua de este par específico.

– ¿Se abren nuevas perspectivas?

– Sí se abren perspectivas: reglas de diseño para NADES hidrofóbicos con tolerancia al agua controlada y microestructura ajustable, y un caso modelo «minimalista» ideal para calibrar simulaciones y modelos termodinámicos. Asimismo, el grupo es pionero en el diseño de sistemas organizados con componentes menos agresivos al ambiente, y esta mezcla y otros derivados abren un abanico importante de opciones en la búsqueda de mejores sistemas.

– ¿Cuáles fueron los desafíos experimentales a los que hicieron frente?

– Trabajar con la muestra pura sin solvente (midiendo con un capilar externo de D₂O, algo poco convencional frente a disolver en CDCl₃, donde la señal del OH es muy difícil de observar); encontrar el límite de solubilidad del agua (~9 µL por mL de NADES) para mantener el sistema monofásico en experimentos de RMN más complejos (NOESY); y lograr resolver señales muy sutiles (pequeños desplazamientos de ~0,1 ppm) en un líquido viscoso y débilmente asociado.

– ¿Se avizoran futuros desarrollos en el área?

– El propio artículo apunta hacia el diseño racional de NADES hidrofóbicos: formular sistemas con microestructura y comportamiento frente al agua a medida, útiles para extracción, disolución de biomasa y solubilización de principios activos. También deja la puerta abierta a validar parámetros de fuerzas de interacción y modelos termodinámicos transferibles, hoy inexistentes para estas mezclas. Por último, la generación de nuevos NADES es un área en pleno auge, y la posibilidad de comprenderlos para luego aplicarlos, constituye uno de los principios fundamentales del grupo de trabajo.