Utilizando la electricidad, los científicos descubren un nuevo y prometedor método para potenciar las reacciones químicas
Los químicos esperan sentar las bases de una química más ecológica
A medida que el mundo se aleja del gas en favor de la electricidad como fuente de energía más ecológica, la lista de tareas pendientes va más allá de los automóviles. La vasta red mundial de fabricación de todo tipo de productos, desde baterías hasta fertilizantes, también necesita cambiar de marcha.
Un estudio realizado por químicos de la UChicago ha descubierto una forma de utilizar la electricidad para impulsar un tipo de reacción química que suele emplearse en la síntesis de nuevos candidatos a fármacos.
La investigación, publicada el 2 de enero en Nature Catalysis , supone un avance en el campo de la electroquímica y muestra el camino a seguir para diseñar y controlar las reacciones y hacerlas más sostenibles.
"Lo que queremos es comprender lo que ocurre a nivel fundamental en la interfaz del electrodo y utilizarlo para predecir y diseñar reacciones químicas más eficientes", afirma Anna Wuttig, profesora adjunta de la Familia Neubauer de la UChicago y autora principal del artículo. "Éste es un paso hacia ese objetivo final".
Complejidad química
En determinadas reacciones químicas, la electricidad puede aumentar el rendimiento y, dado que la electricidad necesaria puede obtenerse de fuentes renovables, podría contribuir a que la industria química mundial fuera más ecológica.
Pero la electroquímica, como se conoce este campo, es especialmente compleja. Hay mucho que los científicos desconocen sobre las interacciones moleculares, sobre todo porque hay que insertar un sólido conductor (un electrodo) en la mezcla para proporcionar la electricidad, lo que significa que las moléculas interactúan con ese electrodo y entre sí. Para un científico que intenta desentrañar qué papel desempeña cada molécula y en qué orden, esto complica aún más un proceso ya de por sí complicado.
Wuttig, sin embargo, quiere convertir esto en una ventaja. "¿Y si pensamos que la electroquímica nos proporciona una palanca de diseño única que no es posible en ningún otro sistema?
En este caso, ella y su equipo se centraron en la superficie del electrodo que proporciona la electricidad a la reacción.
"Había indicios de que la propia superficie es catalizadora, de que desempeña un papel", dijo Wuttig, "pero no sabemos cómo controlar sistemáticamente esas interacciones a nivel molecular".
Jugaron con un tipo de reacción que se utiliza habitualmente en la fabricación de productos químicos para medicina, para formar un enlace entre dos átomos de carbono.
Según las predicciones teóricas, cuando esta reacción se lleva a cabo utilizando electricidad, el rendimiento de la reacción debería ser del 100%, es decir, todas las moléculas que entraron se convierten en una única sustancia nueva. Pero cuando se lleva a cabo la reacción en el laboratorio, el rendimiento es menor.
El equipo pensó que la presencia del electrodo desviaba algunas de las moléculas del lugar donde se necesitaban durante la reacción. Descubrieron que añadir un ingrediente clave podía ayudar: una sustancia química conocida como ácido de Lewis añadida a la solución líquida redirigía esas moléculas.
"Se consigue una reacción casi limpia", afirma Wuttig.
Catalizar el cambio
Además, el equipo pudo utilizar técnicas especiales de imagen para observar el desarrollo de las reacciones a nivel molecular. "Se puede ver que la presencia del modulador tiene un profundo efecto en la estructura interfacial", explica. "Esto nos permite visualizar y comprender lo que ocurre, en lugar de considerarlo una caja negra".
Se trata de un paso crucial, dijo Wuttig, porque muestra un camino a seguir para poder no sólo utilizar el electrodo en química, sino también predecir y controlar sus efectos.
Otra ventaja es que el electrodo puede reutilizarse para más reacciones. (En la mayoría de las reacciones, el catalizador se disuelve en el líquido y se escurre durante el proceso de purificación para obtener el producto final).
"Es un paso hacia la síntesis sostenible", afirma. "De cara al futuro, mi grupo está muy ilusionado con utilizar este tipo de conceptos y estrategias para trazar y abordar otros retos sintéticos".
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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