Encendido catalítico por luz
¿Y si alguna molécula funcionara a la vez como inhibidor y catalizador de forma controlada?
Los catalizadores potencian las reacciones químicas, desde nuestro cuerpo hasta la producción industrial de compuestos y la combustión controlada de carburantes en el automóvil. De sólidos a gaseosos, sea cual sea su fórmula, su función es aumentar la velocidad de las reacciones químicas facilitando muchos procesos. ¿Qué pasaría si alguna molécula funcionara a la vez como inhibidor y catalizador de forma controlada? Sin duda, muchos procesos serían mucho más fáciles de manejar. Investigadores del Instituto de Química Física de la Academia Polaca de Ciencias, dirigidos por el prof. Sashuk, propusieron una fascinante molécula mecánicamente entrelazada que puede controlarse con luz.
¡Qué fantástico motor molecular! La luz puede estimular una reacción química, como la dinamo que acciona la bombilla de la bicicleta (imagen simbólica).
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La química supramolecular es fascinante. Ofrece muchas moléculas complejas ensambladas mediante enlaces intermoleculares no covalentes y nanofabricación ascendente. Esta rama de la química se ocupa de los procesos inspirados en la naturaleza y se desarrolla rápidamente, aportando estructuras complejas únicas con propiedades completamente diferentes a las de los componentes individuales. ¿Cómo funciona? Todo empieza con el tipo de moléculas. Algunas reacciones pueden inhibirse o catalizarse en función de las propiedades químicas de las moléculas ensambladas.
Recientemente, investigadores del Instituto de Química Física de la Academia Polaca de Ciencias, dirigidos por el prof. Sashuk, presentaron una arquitectura molecular mecánicamente entrelazada que puede controlarse con la luz y que funciona como un conjunto de moléculas fotosensibles que regulan selectivamente la velocidad de una reacción química determinada. En concreto, se han centrado en el diseño, síntesis y aplicación de una molécula que puede controlar la posición de otra molécula sobre su eje. De ese modo, la molécula posicionada podría estar más cerca o más lejos del centro de reacción instalado sobre el mismo eje.
Para realizar este conjunto, han propuesto un semirotaxano, un complejo de moléculas en el que una molécula con forma de varilla está enhebrada y parcialmente atrapada en una molécula con forma de aro denominada macrociclo. La molécula en forma de varilla contiene dos estaciones, una de las cuales, el benzaldehído, actúa como lugar donde se producen las reacciones, y la segunda, un heptilo terminado en fotointerruptor, es el regulador de la reacción. Ambas estaciones están separadas por un grupo dimetilamonio que mantiene el macrociclo, concretamente el cucurbit[7]uril, en el eje mediante la estabilización coulómbica.
El Prof. Sashuk comenta: "Hemos desarrollado un nuevo tipo de regulación de la catálisis supramolecular. Un inhibidor fotosensible unido al sustrato en una molécula impide el aumento de la velocidad de reacción al aumentar la cantidad de catalizador. Tras la desactivación del inhibidor con luz, el sistema empieza a mostrar la típica mejora de la catálisis hasta la saturación del sitio de reacción. Es importante destacar que el semirotaxano preparado puede regular no sólo la autorreacción, sino también el resultado de reacciones externas".
Bajo la aplicación de luz en la región azul, los investigadores observaron la aceleración de la reacción de acoplamiento C-N denominada hidrazonación. Hasta ahora, el macrociclo que funciona como catalizador y que normalmente prefería permanecer en la estación heptilo, debido al debilitamiento de las interacciones electrostáticas, cambia su posición acercándose a la segunda estación benzaldehído promoviendo la reacción con la hidrazida entrante. Los investigadores detectaron que la velocidad de la reacción de hidrazonación era unas 5,4 veces superior a la observada en la oscuridad.
"Es importante destacar que la aceleración de la reacción puede realizarse en cualquier momento. Además, una vez completada la reacción, el sistema catalítico puede restablecerse fácilmente bajando el pH de la solución" - afirma el Dr. Nazar Rad.
Curiosamente, cuando en la mezcla de reacción hay dos tipos de hidrazidas, la molécula en forma de barra puede reaccionar selectivamente con una de ellas y cambiar la proporción del producto final. Los investigadores explican este fenómeno por la diferente afinidad del macrociclo con los productos formados.
Este trabajo supone un paso adelante en el desarrollo de nuevos tipos de regulación en sistemas catalíticos con control remoto. Actualmente, el equipo trabaja en la adaptación del sistema presentado para diversos fines, incluidos procesos químicos complejos en los que la reacción requiera selectividad.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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