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Científicos logran construir el primer anillo de carbono puro de la historia

Este nuevo hito de la química orgánica tiene en la computación que imita el cerebro una de sus posibles aplicaciones.

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Anillo de 18 átomos de carbono, el primer ciclocarbono sintetizado, a partir de su observación al microscopio./IBM RESEARCH

Tantas veces imaginado y nunca conseguido, un anillo de átomos de carbono era hasta ahora un sueño para los que se dedican a la química de este elemento, que es la base de la vida en la Tierra y que se presenta de múltiples formas y con múltiples propiedades, desde el durísimo diamante al versátil grafeno. El primer anillo de carbono, o ciclocarbono, sintetizado tiene 18 átomos y está ya considerado como un hito en la química orgánica, pero su futuro parece estar más en la microelectrónica (concretamente en algo llamado computación neuromórfica) que en la biología.

Los anillos de carbono no se podían construir de forma estable porque son altamente reactivos, pero unos científicos de la Universidad de Oxford y de la empresa IBM lo han conseguido con 18 átomos y la ayuda de la última tecnología en manipulación de átomos, a muy bajas temperaturas. También han logrado obtener imágenes de todo el proceso y publican los resultados en la revista Science.

Partieron los investigadores de moléculas más grandes, que contenían oxígeno, creadas en Oxford y luego llevadas al laboratorio que tiene IBM en Zúrich, ganador de premios Nobel. Allí se manipularon una a una las moléculas recortándolas con impulsos eléctricos hasta obtener el anillo aislado. El trabajo se inició hace tres años. Reconocen Fabian Schulz, Leo Gross y Katharina Kaiser que hace 30 años ya lo intentó con el mismo punto de partida otro equipo, que no disponía de la tecnología recientemente desarrollada.

Lo más importante del trabajo, sin embargo, puede que haya sido comprobar cómo se enlazan los átomos en un anillo, porque lo habitual, como se estudia en la escuela, es que cada átomo de carbono se enlace con otros tres (o cuatro en el caso del diamante) y eso es imposible en este caso. Es lo que sucede, sin embargo, en los fulerenos (el más conocido tiene la forma de un balón de fútbol), los nanotubos (microcilindros) o el grafeno (finísimas láminas de carbono), todos ellos nuevas formas de carbono y grandes éxitos de la química orgánica en los últimos 40 años por sus múltiples posibilidades prácticas. También pasa en el humilde y mucho más antiguo grafito de los lápices.

Ha resultado que al componer un anillo los átomos alternan enlaces cortos (simples) con enlaces largos (triples). Cada átomo tiene a un lado un enlace triple y al otro lado un enlace simple. Los teóricos habían predicho esta estructura o una en la que todos los enlaces fueran dobles, sin poderse decantar por una de ellas.

Los descubridores de esta nueva molécula creen que su estructura indica que tiene propiedades semiconductoras y podría ser la base de transistores diminutos, de tamaño molecular. Señalan que es la mínima estructura estable teóricamente posible para un anillo, lo que deja la puerta abierta a que se puedan sintetizar anillos más grandes. “Lo que nos resulta atractivo de la molécula es que la podemos usar para construir dispositivos moleculares que funcionen sobre la base de la transferencia de un solo electrón”, ha explicado Gross. Y aquí llega la computación neuromórfica en la que ven que puede encajar su molécula. Se trata, básicamente, de imitar el cerebro humano, el computador más avanzado, sobre todo en lo que se refiere al bajo consumo de energía y a la capacidad de conectar decenas de miles de neuronas.

Sin embargo, queda mucho camino por recorrer. Hay que conseguir estabilizar los ciclocarbonos y producirlos en cantidad antes de poder hablar de aplicaciones. Sin embargo, ya se ha conseguido un nuevo compuesto formado por varios ciclocarbonos y, como señala la revista Science, se ha abierto la puerta a un amplio abanico de nuevas estructuras con forma de anillo o cadena que podrían utilizarse algún día en electrónica y otros nanodispositivos.