Nuevos enlaces intramoleculares del berilio

En 1916, G.N. Lewis desarrolló una teoría basada en la unión de átomos a través de pares de electrones. Desde entonces, el concepto moderno de enlace químico cuenta con un siglo de antigüedad. Aunque es cierto que los avances sobre este concepto han sido espectaculares, la idea original de Lewis de asociarlo a la compartición de pares de electrones entre dos o más átomos sigue vigente.

Podría pensarse que ya no hay nada nuevo que aportar a este'viejo concepto', sin embargo no es así. Aún hay muchas moléculas que plantean retos a la hora de entender las interacciones responsables de su estabilidad.

Un ejemplo paradigmático es el enlace de la molécula de berilio Be₂, que ha atraído el interés de los químicos desde hace muchos años por la gran dificultad a la hora de explicar la naturaleza de un enlace extraordinariamente débil. De hecho, la teoría moderna más usada para describir los enlaces químicos, la Teoría de Orbitales Moleculares, predice, en su formulación más básica, que la molécula de Be₂ no debería existir.

La singular naturaleza de este enlace lo ha convertido en un importante objeto de investigación, tanto teórica como experimental, aunque la alta toxicidad del Be ha disminuido el número de estudios experimentales, y ha incrementado no solo el número sino también la importancia de los análisis teóricos.

Dentro de estos últimos, destacan aquellos que, ya en el siglo XXI, han dado una respuesta fundamentada a la naturaleza de la interacción del berilio Be-Be, como resultado de lo que se denomina correlación electrónica, un componente minoritario de la energía de interacción entre dos sistemas. Igualmente, se ha podido demostrar que la fuerza del enlace Be-Be puede aumentar dramáticamente con ligandos ricos en electrones. Por ejemplo, la interacción es 40 veces más fuerte en complejos con átomos de flúor (F:Be-Be:F) y la distancia Be-Be disminuye en un 40%.

En un trabajo reciente, publicado en la revista Chemical Communications, científicos del departamento de Química de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) y del Instituto de Química Médica del CSIC, han demostrado que la captación de un electrón por derivados de naftaleno (que tienen un sustituyente BeX en las posiciones 1 y 8) conduce a la formación de un enlace Be-Be sorprendentemente fuerte.

El estudio muestra que la captación de un electrón por este tipo de compuestos conlleva una dramática reducción de la distancia Be-Be, hasta el punto que dicha distancia es ligeramente superior a la calculada para el complejo formado por fluoro-derivados mencionado anteriormente.

Un enlace no convencional

Pero sin duda, el aspecto más novedoso e interesante de este hallazgo es la propia naturaleza del enlace entre los dos átomos de Be: un enlace de naturaleza covalente en el cual los átomos se unen por medio de un orbital molecular. Se trata de un enlace no convencional, ya que los átomos se enlazan no a través de la localización de un par electrónico, sino de un único electrón. Con todo, la fuerza asociada a este enlace monoelectrónico Be-Be es diez veces mayor que en la molécula aislada, e incluso se encuentra entre los enlaces más fuertes reportados en la literatura.

El hecho novedoso de que estos compuestos de Be tengan esta capacidad de 'atrapar' selectivamente densidad electrónica entre los átomos de Be, implica la capacidad que dichas moléculas tienen de estabilizar no sólo electrones sino también aniones, lo que abre una importante área de investigación en el diseño de nuevos materiales con capacidad de actuar como sensores o captores de aniones, con aplicaciones industriales y biológicas.