Nueva tecnología química

Esta imagen muestra la primera evidencia experimental de catálisis de una reacción química mediante la aplicación de un campo eléctrico entre moléculas mientras reaccionan. Este método podría revolucionar el modo de producir productos químicos utilizados en la vida cotidiana.

Científicos de la Universidad de Barcelona emplean herramientas de la nanotecnología para acelerar reacciones químicas

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Investigadores de la Universidad de Barcelona y de dos universidades australianas han introducido una nueva forma de catálisis —proceso por el que se incrementa la velocidad de una reacción química— mediante la aplicación de un campo eléctrico entre las moléculas que reaccionan. Este avance abre la puerta a una producción más rápida y económica de compuestos químicos utilizados en una gran variedad de productos farmacéuticos y materiales aplicados.

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UB / El estudio, publicado en la revista Nature, se llevó a cabo con la clásica reacción de Diels-Alder, que fue facilitada mediante la aplicación de un campo eléctrico orientado entre dos nanoelectrodos que contenían las moléculas de los reactivos. Esta nueva perspectiva nanoquímica de la síntesis química se basa en la unión de moléculas individuales, como si se tratara de figuras de Lego acoplándose entre ellas, para crear nuevas estructuras moleculares, y nos podría conducir a métodos más eficientes para la producción de nuevos compuestos químicos.

Se basa en la unión de moléculas individuales, como si se tratara de figuras de Lego acoplándose entre ellas

Tal como explica Ismael Díez-Pérez, profesor de la Universidad de Barcelona que ha dirigido el estudio, «la teoría sugiere que la mayoría de reacciones químicas —y no solo, como a menudo se cree, las reacciones redox donde hay transferencia de electrones— podrían ser catalizadas mediante la aplicación de un campo eléctrico». «Por primera vez, hemos proporcionado una evidencia experimental de esta teoría», añade el experto, que también es investigador senior en el Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC).

La capacidad de catalizar reacciones químicas es esencial; ya que acelera las reacciones y, por tanto, hace que éstas sean más prolíficas y más baratas; lo que facilita utilizarlas para generar productos con múltiples aplicaciones. La catálisis electrostática —basada en el uso de campos eléctricos— es la forma menos desarrollada de catálisis en química sintética, porque los efectos electrostáticos son fuertemente direccionales. Los autores de esta investigación superaron esta limitación mediante el uso de técnicas avanzadas en nanotecnología, basadas en la microscopia de efecto túnel (STM, por sus siglas en inglés). «Nuestro sistema de STM modificado permite grabar en directo moléculas individuales mientras reaccionan», explica Albert Cortijos, becario FPU de doctorado en la Universidad de Barcelona. «Mediante el control de la orientación de las moléculas respecto del campo eléctrico, aceleramos por primera vez una reacción no redox», añade Díez-Pérez.

«Esta forma de usar campos eléctricos externos como catalizadores nos puede permitir conseguir reacciones químicas complejas que no se podrían obtener con métodos de síntesis clásicos», añade Nadim Darwish, investigador Marie Curie en la Universidad de Barcelona. «Ello abre la puerta a toda una nueva tecnología química», concluye.

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Referencia del artículo:

Albert C. Aragonès, Naomi L. Haworth, Nadim Darwish, Simone Ciampi, Nathaniel J. Bloomfield, Gordon G. Wallace, Ismael Díez-Pérez y Michelle L. Coote. «Electrostatic catalysis of a Diels–Alder reaction». Nature, marzo de 2016. Doi:10.1038/nature16989

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