Pie de foto: De izquierda a derecha, María Menéndez Herrero, Fernando Jiménez Grávalos, Miguel Gallegos González, Aurora Costales Castro, Ángel Martín Pendás, Evelio Francisco Miguélez, Dimas Suárez Rodríguez y Natalia Díaz Fernández. Agachado, Julen Munárriz Tabuenca

Este nuevo tipo de enlace, bautizado como enlace colectivo, se ha encontrado en un conjunto de moléculas bien conocidas y podría ser mucho más común de lo esperado

La investigación revela que incluso conceptos fundamentales de la Química, bien asentados, pueden esconder sorpresas que aún esperan ser desveladas

El hallazgo puede abrir nuevas vías para repensar procedimientos sintéticos que emplean compuestos organometálicos simples

Oviedo/Uviéu, 3 de mayo de 2022. Investigadores de la Universidad de Oviedo han participado en el descubrimiento de un nuevo tipo de enlace químico. Este nuevo proceso, bautizado como enlace colectivo, ha sido encontrado en un conjunto de moléculas organometálicas bien conocidas y podría ser mucho más común de lo inicialmente esperado. El hallazgo, fruto de la colaboración entre investigadores de varios países, ha sido publicado en Nature Communications y reseñado por Chemistry World.

Los investigadores del Grupo de Química Teórica y Computacional de la Universidad de Oviedo recuerdan que, con frecuencia, se considera a la Química como la ciencia central, gracias a su papel vertebrador que unifica la Física con las Matemáticas, la Biología con la Medicina, o las Ciencias de la Tierra con las del Medio Ambiente. En el núcleo de esa centralidad se encuentra, sin duda, el concepto de enlace químico. “Podríamos definirlo vagamente como el adhesivo o pegamento que mantiene unidos a los átomos cuando forman moléculas, los ladrillos básicos con los que se construye nuestro mundo”, afirma Ángel Martín Pendás, catedrático de Química Física y Analítica de la Universidad de Oviedo y uno de los firmantes del artículo.

Martín Pendás subraya que, a pesar de su carácter esencial, la naturaleza del enlace químico no logró ser comprendida adecuadamente hasta que la Mecánica Cuántica empezó a aplicarse al estudio de los fenómenos químicos. “Desde esos primeros éxitos ha pasado algo más de un siglo, durante el que nunca se ha dejado de indagar sobre el carácter íntimo del esquivo pegamento químico”, añade.

Clasificación predominante de los enlaces químicos

Los investigadores apuntan que todo estudiante de ciencias se ha enfrentado a la clasificación predominante de los enlaces químicos. Así, tradicionalmente se admiten dos grandes categorías límite: enlaces covalentes e iónicos. En los primeros, los electrones participantes en la unión (típicamente dos, aunque este número puede ser mayor) se comparten de manera simétrica entre dos átomos. También se contemplan situaciones en las que el número de átomos participantes puede ser superior. En los segundos, por el contrario, los electrones no se comparten, sino que son transferidos irreversiblemente de unos átomos a otros. Existe, por supuesto, toda una gradación de situaciones intermedias entre compartición y transferencia, entre covalencia e ionicidad. “A pesar de esta variabilidad, dentro de este paradigma clásico, siempre podemos aislar un conjunto de electrones y núcleos cohesionados por un enlace (más o menos covalente o iónico). Imaginamos así una molécula como una colección de enlaces individuales e independientes, que solemos representar gráficamente con rayas dibujadas entre los átomos implicados. La estabilidad de una molécula es debida, en esta imagen, a la suma de los distintos enlaces implicados”, subraya el investigador.

Este edificio conceptual tiene numerosas grietas, a las que se unió en 2019 la causada por el descubrimiento de un tipo de enlace considerablemente inusual en el anión NaBH3-, una molécula inocente, representativa de numerosos compuestos organometálicos muy usados en los laboratorios de Química Orgánica. “Este descubrimiento ha conducido a un debate muy interesante que se ha extendido durante los años de pandemia, y que creemos haber resuelto”, apunta Martín Pendás.

Nueva categoría de enlace químico

Utilizando la teoría de átomos cuánticos interactuantes (IQA) desarrollada ya hace años por el grupo de la Universidad de Oviedo, “hemos demostrado que este y otros muchos compuestos se encuentran enlazados por una nueva categoría de enlace químico. En estos enlaces colectivos no es la interacción entre los átomos más cercanos la que garantiza la estabilidad molecular, sino que es la colectividad de interacciones entre átomos lejanos la que globalmente lo hace”, sostiene el profesor de la universidad asturiana.

Además de lo inusual que el descubrimiento de un nuevo tipo de enlace químico tiene en estos tiempos, “hemos demostrado que incluso conceptos fundamentales, bien asentados, pueden esconder sorpresas que aún esperan ser encontradas”, aseguran los autores del estudio. “Creemos que nuestro hallazgo puede abrir nuevas vías para repensar procedimientos sintéticos que emplean compuestos organometálicos simples. Estos son importantes en la industria química; son empleados en numerosos procesos de relevancia. Por ejemplo, utilizando el concepto de enlace colectivo, es sencillo entender por qué el terc-butil-litio arde espontáneamente en el aire, mientras que el n-butil-litio es perfectamente estable en condiciones ambiente. Puesto que diseñar computacionalmente moléculas con este nuevo tipo de enlace es, en principio, factible, varios de estos procesos industriales podrían aprovecharse del hallazgo”, concluye.