¡Esta es una manualidad Art Attack!

 "En primer lugar acabemos con Sócrates, porque ya estoy harto de este invento de que no saber nada es un signo de sabiduría."

  - Isaac Asimov

Pongamos que tenemos esta molécula con forma de banda o cinta.(Fig 1)

Figura 1

Y supongamos que tenemos la super nave de Neil DeGrasse Tyson en Cosmos y nos reducimos a escala nanométrica (ojalá), ya que queremos conseguir un anillo digno de la mejor bisutería formado por UNA sola fila carbonada, en la que TODOS los átomos de oxígeno que contiene nuestra molécula quedasen en la superficie de nuestro anillo. Es mucho pedir, sí. No nos saldrá rentable, no. Pero soñar es gratis.

¿Cómo lo haríais?

 Si no nos detuviésemos a pensarlo por un momento, la respuesta más rápida sería: “Pues unimos los dos extremos y cortamos a lo largo del anillo”. Si esto fuese un examen sería la típica cagada a causa de no leer bien el enunciado y de la que te acuerdas durante meses mientras lloras en un rincón. Ya que haciendo esto no obtendriamos el anillo deseado, sino más bien un par de pendientes la mar de monos con la mitad de oxígenos en cada uno.

Pero, ¿y si giramos uno de los extremos 180 º y después los unimos? VOILÀ! ¡Tenemos una banda de Möbius química!. Si ahora cogemos nuestra banda de Möbius y la recortamos a lo largo tendremos nuestro exclusivo anillo molecular.

Figura 2: Formación de nuestra exclusiva bisutería nanométrica. Como se puede observar el ozono (O₃) actúa como tijera ‘cortando’ los dobles enlaces de la estructura de nuestra banda.

(Si resulta complicado de ver ¡no es ningún problema!, coged un folio, celo, tijeras y recortad dos tiras, que van a representar nuestra molecula problema. Si seguimos los pasos correctamente al unir los dos extremos de una tira con celo y recortando a lo largo deberíamos obtener 2 anillos pequeños, mientras que al recortar la banda que previamente hemos unido dando un giro de 180º a uno de los extremos, obtendremos un anillo grande con dos giros completos.)

La Banda de Möbius química fue primeramente propuesta independientemente por Wasserman y van Gulick en 1960. Pero no fue hasta 20 años más tarde que David M. Walba consiguió sintetizar esta banda de Möbius química (a la que él denominó como ‘escalera de Möbius), que es exactamente la molécula a partir de la cual hemos obtenido nuestro precioso anillo. 

Este tipo de estructuras dieron origen a un área de la ciencia que cayó en el olvido pero que no deja de ser por ello menos fascinante: la ‘Topología química’. Esta pequeña ramita del arbol de la ciencia consistió en el matrimonio de la química orgánica de síntesis y la topología geométrica (o topología de bajas dimensiones) .

Una pequeña descripción que le podríamos dar a esta Topología química ó Topología molecular es que se trata de una parte de la química matemática que trabaja en la descripción algebraica de compuestos químicos, de modo que permiten una caracterización única y fácil de ellos. 

Fue a raíz de el nacimiento de esta olvidada categoría científica que los anteriormente mencionados, Wasserman y van Gulick, describieron por primera vez la posibilidad de sintetizar compuestos del tipo catenano y rotaxano de base carbonada. (Figura 3)

Figura 3: Estructura de tipo rotaxano (izq) y estructura de tipo catenano (dcha)

Un rotaxano sería algo así como una mancuerna de estas para ponernos fortotes en la que hemos introducido una goma de pelo quedando esta 'atrapada' dentro. Por otro lado una estructura de tipo catenano es como una cota de malla, en la que cada aro sería un macrociclo. Si uno se para a pensar podría decir ' Un momento, pero el hecho de que estén unidos indirectamente, ¿no podría decir que de una manera u otra están enlazados?' Y así es, este tipo de estructuras han dado origen a un 'nuevo' tipo de enlace: El enlace mecánico.

Si continuaseis con vuestro muy acertado razonamiento veríais que su estabilidad, es decir, la dificultad que tendríamos para romper el enlace, ¡es la misma que la un enlace covalente!.

¿Pero cómo es esto posible? 

Muy fácil. Por ejemplo, en el caso del catenano si tenemos dos ciclos de carbono unidos entre sí a través de un enlace mecánico la energía necesaria para romperlo ¡sería la misma energía necesaria para la ruptura de un enlace Carbono-Carbono! Ya que si rompemos uno de los ciclos carbonados el enlace mecánico desaparece. (Figura 4)

Figura 4: Esquema de la ruptura del enlace covalente entre dos carbonos de uno de los ciclos que lleva a la consecuente ruptura del enlace mecánico. Está además extremadamente bien dibujado con un programa de modelación 2D y 3D de última generación (Paint).

Hasta principios de los años 80, los catenanos y rotaxanos, eran únicamente estudiados por sus propiedades geométricas, y en definitiva matemáticas. Por lo que fueron considerados por la mayoría de los químicos de la época más como curiosidades académicas con poco potencial, que algo con verdaderas aplicaciones prácticas (muy mal, quimicos de los 70. Muy mal). Con el aumento de interés en el campo de desarrollo de la química supramolecular, sin embargo, los químicos han sido capaces de aplicar sus nuevos conocimientos de las interacciones no covalentes a la síntesis química de nuevos fármacos, las denominadas máquinas moleculares, tintes 'ultraestables', y un sinfin de nuevas aplicaciones.

               ------------------------------------------------------------------------------------

A modo de extra quería proponeros otra manualidad Art Attack y así vemos algo del interés geométrico que han visto siempre los matemáticos en la cinta de Möbius y sus derivados. Así que os recomiendo que os arméis con papel, tijeras y celo y vayáis siguiendo los pasos que iremos viendo.

Antes hemos visto que ocurría al cortar una cinta circular recta (dos cintas más pequeñas) y al cortar una cinta de Möbius (una cinta más grande). Vamos a dar un paso más. 

Si cortamos a lo largo del anillo dos cintas circulares rectas unidas con celo en un punto de la siguiente manera:

El resultado es: ¡Un cuadrado!...Bueno, la verdad es que no suena tan interesante, sigamos.

¿Qué ocurriría si ahora cogemos y unimos una cinta recta con una de Möbius?:

El resultado tras cortalas es: ¡Otro cuadrado!... vaya por Dios. Qué poco emocionante. (O no)

Curioso que el giro de la segunda cinta no haya modificado el producto final ¿no?. Vamos a por un último experimento, a ver si obtenemos un resultado más vistoso.

Una cinta de Möbius puede tener distintas quiralidades. Es decir. A la hora de hacer nuestra cinta de Möbius con papel y celo podemos realizar el giro de 180º de uno de sus extremos hacia la derecha o hacia la izquierda. ¿Qué ocurriría si unimos dos cintas de Möbius con distintas quiralidades y cortamos a lo largo de ambas cintas?

Cortamos a lo largo y... 

:D

Parece que en 'El electrón manco' nos vamos ya preparando para San Valentín ;)

¡Un abrazo amantes de la ciencia y de la cultura!

                                                                                                                                                    D.