Congelado en el foco: Científicos desarrollan un catalizador que se apaga cuando se ilumina

Este catalizador inteligente, el primero de su clase, podría facilitar la síntesis de productos químicos sofisticados y nuevos modos de fotolitografía

17.01.2022 - Corea, República de

Los catalizadores son compuestos que permiten y aceleran las reacciones químicas deseadas sin degradarse ellos mismos y son fundamentales en prácticamente toda la química aplicada. En las últimas décadas, muchos investigadores han tratado de desarrollar los llamados catalizadores "inteligentes" para facilitar la síntesis de productos químicos sofisticados. En general, la reactividad de los catalizadores inteligentes puede controlarse aplicando un estímulo externo, como por ejemplo bajando la temperatura o aumentando la acidez del medio, lo que los convierte en herramientas mucho más versátiles que los catalizadores convencionales.

Gwangju Institute of Science and Technology

En un reciente esfuerzo por poner sobre la mesa un nuevo catalizador inteligente, los científicos del Instituto de Ciencia y Tecnología de Gwangju (Corea) se centraron en una peculiar molécula orgánica llamada azobenceno. Este compuesto experimenta un cambio de estructura reversible cuando se le ilumina con una luz de cierta frecuencia. Aunque esta propiedad ya se había explotado para diseñar polímeros y proteínas sensibles a la luz, muy pocos han explorado su potencial para diseñar catalizadores inteligentes de metales de transición. Así, el equipo de investigación, dirigido por el profesor Sukwon Hong, probó a introducir el azobenceno en el carbeno-rutenio cíclico(alquilo)(amino) (CAAC-Ru), un catalizador establecido y ampliamente utilizado en las reacciones de metátesis de olefinas para la producción de fármacos, cosméticos y otros productos químicos complejos. Su estudio se ha publicado en ACS Catalysts.

Modificaron estratégicamente el CAAC-Ru para que el sitio activo de rutenio estuviera más o menos expuesto a los reactivos en función de la forma adoptada por el grupo azobenceno insertado. De este modo, produjeron un par de catalizadores foto-conmutables con un giro, como explica el profesor Hong: "A diferencia de los catalizadores fotosensibles de los que se ha informado anteriormente, en los que la luz activa la reacción catalítica, nuestros catalizadores presentan el comportamiento opuesto; es decir, se desactivan cuando se les ilumina con luz ultravioleta (UV), ofreciendo un nuevo modo de fotoconmutación". El equipo también demostró la reversibilidad del mecanismo de fotoconmutación mediante otros experimentos, mostrando que las reacciones pueden activarse y desactivarse repetidamente con sólo cambiar la fuente de luz UV.

Utilizar la luz para activar o desactivar un catalizador es conveniente porque la luz no es invasiva y es notablemente fácil de manipular con alta resolución en el tiempo y el espacio. Por lo tanto, los catalizadores desarrollados pueden aprovecharse para activar eficazmente una reacción química deseada sólo cuando se necesita y exactamente donde se quiere. Esto es crucial para aplicaciones como la fotolitografía, en la que las reacciones químicas se utilizan para crear patrones microscópicos en películas finas utilizando máscaras químicas. Otra aplicación interesante sería el diseño de un sistema de catalizador cooperativo que utilice dos catalizadores fotosensibles diferentes -uno que se active con la luz y otro con el comportamiento opuesto- para ayudar en la producción controlada de sustancias complejas. "A largo plazo, el desarrollo de catalizadores más inteligentes dará lugar a mecanismos de síntesis mucho más sofisticados para producir sustancias químicas que mejoren la vida cotidiana de las personas", concluye el profesor Hong.

Sólo el tiempo dirá qué usos inteligentes encontraremos para estos catalizadores inteligentes.

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