Síntesis simplificada
Los investigadores simplifican y racionalizan drásticamente la síntesis química orgánica.
Por primera vez los investigadores descubrieron una forma simple y altamente eficiente de producir ciertos tipos de compuestos orgánicos. El equipo del Departamento de Química de la Universidad de Tokio informa que su nuevo método, que utiliza un novedoso catalizador de hierro, no sólo puede simplificar la síntesis orgánica, sino que también reduciría considerablemente los costes y los productos de desecho. Esto podría tener enormes implicaciones para industrias como la farmacéutica, la petroquímica, la de materiales y otras.
Los compuestos orgánicos son esenciales para casi todo. La lista es interminable: combustibles, medicamentos, alimentos, detergentes, disolventes, plásticos y, por supuesto, la vida misma. Los productos químicos orgánicos están literalmente en todas partes, incluso en las frías profundidades del espacio. Hay muchos tipos diferentes, algunos son hechos por organismos vivos y otros son sintetizados en laboratorios por procesos químicos complejos. Estos procesos tienen costos financieros y materiales que el profesor Eiichi Nakamura, investigador principal del estudio, pretende reducir.
Me sentí atraído a investigar el uso del hierro como catalizador para acelerar las reacciones», dijo Nakamura. «Es intrigante cómo por un lado es barato, abundante y no tóxico, pero por otro lado es difícil controlar la capacidad catalítica del hierro debido a su complejo comportamiento electrónico».
Entonces, ¿cómo puede el hierro ayudar a reducir los costos?
Todo se reduce a cómo las moléculas componentes se unen para formar moléculas más complejas, como los siempre útiles compuestos orgánicos mencionados anteriormente. Normalmente se trata de combinaciones de hidrocarburos simples – moléculas con enlaces carbono-hidrógeno (C-H) – en disposiciones específicas. Diferentes enlaces C-H se combinan para producir diferentes funcionalidades en el compuesto resultante.
Sin embargo, dejados a su suerte, muchos bonos C-H tienden a unirse a otros bonos idénticos que no producen un producto útil. Esto se denomina homoacoplamiento y el resultado se considera un desperdicio. Lo que Nakamura y sus colegas han hecho es afinar un catalizador de hierro único en su tipo, de modo que seleccione qué enlaces C-H combinar y qué emparejamientos de enlaces rechazar. De esta manera hay menos homopareja y menos desperdicio total.
«Nuestro grupo ha investigado la reactividad de los catalizadores de hierro durante más de 10 años», continuó Nakamura. «La parte más difícil de la investigación, pero también la más gratificante, fue dilucidar el mecanismo que sustentaba las reacciones que buscábamos.»
Este mecanismo es una serie de eventos que toman una cantidad de moléculas fuente, principalmente los hidrocarburos simples que el químico desea enlazar, y entrega una cantidad de compuestos más complejos después de que haya pasado cierto tiempo.
Estos eventos tienen lugar en recipientes de reacción en los que los átomos e incluso los componentes subatómicos se mueven y se descartan, según sea necesario, por diferentes sustancias que controlan las reacciones.
Pero como escenario de toda esta acción está el catalizador de hierro, sin el cual los hidrocarburos no tendrían dónde realizar su danza química. En esta analogía el catalizador también hace de coreógrafo, orquestando estas rutinas a nivel atómico.
Con eventos que ocurren a una escala tan pequeña, es difícil imaginar cómo Nakamura y su equipo pueden saber realmente lo que está sucediendo, pero tienen trucos ingeniosos para ver la actuación sin interrumpir a los proverbiales bailarines.
«Marcamos un enlace C-H con un isótopo de hidrógeno llamado deuterio, y luego detuvimos la reacción parcialmente para medir cómo había cambiado este deuterio», concluyó Nakamura. «Vimos que el deuterio se había unido a los agentes de reacción de una manera tan específica que apoya fuertemente mi mecanismo teórico. Es uno de los resultados más emocionantes que he visto en mi vida».
