Un avance largamente esperado: un interruptor eléctrico para controlar las reacciones químicas
Un dispositivo eléctrico que facilita la activación de reacciones químicas de forma más "ecológica
Nuevos fármacos, combustibles más limpios, plásticos biodegradables: para satisfacer las necesidades de la sociedad, los químicos tienen que desarrollar nuevos métodos de síntesis para obtener nuevos productos que no existen en estado natural. Un grupo de investigación de la Universidad de Ginebra (UNIGE), en colaboración con la Universidad de Cardiff, ha descubierto cómo utilizar un campo eléctrico externo para controlar y acelerar una reacción química, a modo de ''interruptor''. Este trabajo, que se podrá leer en Science Advances, podría tener un impacto considerable en el desarrollo de nuevas moléculas, al permitir no sólo una síntesis más respetuosa con el medio ambiente, sino también un control externo muy sencillo de una reacción química.
El dispositivo adopta la forma de una pequeña caja en la que el medio de reacción circula entre dos electrodos que producen el campo eléctrico.
© Stefan Matile
En química, la creación de compuestos químicos orgánicos complejos a partir de reactivos más sencillos se denomina ''síntesis orgánica''. Mediante reacciones sucesivas, los químicos ensamblan pequeñas moléculas para formar finalmente los productos deseados. La síntesis orgánica es crucial para la fabricación de fármacos, polímeros, productos agroquímicos, pigmentos y fragancias. Estas etapas sucesivas son extremadamente precisas y delicadas de controlar. Para limitar los recursos necesarios, el rendimiento de cada paso de la reacción debe ser óptimo. Lograr un mejor control y un funcionamiento más sencillo de estas reacciones sigue siendo un reto importante para la investigación.
Cualquier transformación molecular es el resultado del movimiento de electrones -partículas elementales cargadas negativamente- de un lugar a otro de una molécula", explica Stefan Matile, profesor titular del Departamento de Química Orgánica de la Facultad de Ciencias de la UNIGE y miembro del Centro Nacional de Competencia en Investigación (NCCR) Ingeniería de Sistemas Moleculares, que dirigió el estudio. Los electrones pueden verse influidos por un campo eléctrico externo. Por tanto, en teoría es posible controlar eléctricamente las reacciones químicas. Aunque sencillo en principio y prometedor en términos de impacto, este planteamiento ha tropezado con varias limitaciones, y sus escasas aplicaciones no han dado buenos resultados.
Un avance largamente esperado
Con sus equipos, Stefan Matile y su homólogo de la Universidad de Cardiff, el profesor Thomas Wirth, han logrado activar una reacción química orgánica con un simple campo eléctrico. Para ello, diseñaron un reactor electroquímico de microfluidos. Sus resultados muestran claramente la dependencia entre el estado de avance de la reacción química y la intensidad del campo eléctrico aplicado. Este dispositivo permite activar una reacción química simplemente accionando un interruptor.
Este tipo de reactor adopta la forma de una pequeña caja en la que la mezcla de reacción puede circular entre dos electrodos que producen el campo eléctrico. Los electrodos son placas cuadradas de 5 cm x 5 cm colocadas lo más cerca posible. Están separados por una lámina de un cuarto de milímetro de espesor. Esta lámina contiene el canal de flujo por el que circulan las moléculas entre los electrodos", explica Ángeles Gutiérrez López, estudiante de doctorado del grupo de Stefan Matile y primera autora del trabajo.
Los electrodos están recubiertos de nanotubos de carbono. A medida que fluyen por el reactor, los reactivos interactúan débilmente con los nanotubos de carbono, exponiéndolos al campo eléctrico. Esto induce una polarización electrónica en la molécula, activando la transformación química.
¿Hacia una activación más ecológica de las reacciones químicas?
Para crear los enlaces químicos deseados con un alto rendimiento, los químicos suelen aplicar estrategias complejas de varios pasos en las que intervienen numerosos productos intermedios. Estas estrategias requieren importantes recursos y energía. El nuevo dispositivo eléctrico propuesto por Stefan Matile y Thomas Wirth podría simplificar estas estrategias y reducir así el impacto de carbono de las síntesis químicas.
El dispositivo tiene la ventaja de ser fácil de controlar. Nuestro 'reactor' es en cierto modo como el acelerador de partículas del CERN de Ginebra, pero en lugar de acelerar partículas subatómicas, acelera electrones durante las transformaciones moleculares", explica Stefan Matile. Aún se necesitan avances fundamentales para liberar todo el potencial del dispositivo. Sin embargo, este método podría aplicarse a la química orgánica en un futuro no muy lejano, haciendo más ecológica y controlable la producción de fármacos, nuevos combustibles o nuevos plásticos.
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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