Enseñar nuevos trucos a un viejo metal
Los científicos han descubierto una forma de reciclar un reactivo común utilizado en las reacciones de química sintética
El elemento metálico samario, cuando se une a otros elementos, es un reactivo químico increíblemente útil para sintetizar moléculas que pueden dar lugar a nuevos fármacos. Descubierto en una mina rusa en 1879, el elemento recibió su nombre del mineral en el que se encontraba, llamado samarskita, que a su vez debe su nombre al ingeniero de minas ruso Vassili Samarsky-Bykhovets. El reactivo de samario más común es el dióxido de samario, formado por un átomo de samario y dos átomos del elemento yodo.
Esta imagen muestra diferentes etapas de una reacción química con el reactivo dióxido de samario. El matraz de la izquierda contiene una forma amarilla e inactiva del compuesto; con el tiempo, el compuesto se activa y se vuelve púrpura, como se ve a la derecha. Este cambio de color se produce porque el estado de oxidación del reactivo de samario cambia de 3+ a 2+ , o de Sm(III) a Sm(II), lo que significa que gana un electrón.
Caltech/Chungkeun Shin
Sin embargo, ampliar este versátil reactivo a cantidades lo bastante grandes como para utilizarlo en entornos industriales ha resultado todo un reto. "El reactivo es sensible al aire, por lo que a menudo hay que preparar la solución fresca, justo antes de la reacción", explica Chungkeun Shin, estudiante de postgrado de Caltech, que trabaja en el laboratorio de Sarah Reisman, catedrática Bren de Química y titular de la cátedra Norman Davidson de la División de Química e Ingeniería Química de Caltech. "Y a menudo tenemos que utilizar grandes cantidades de él, incluso en reacciones pequeñas, por lo que no es práctico para ejecutar reacciones a escala industrial".
Como se informa en el número del 23 de agosto de la revista Science, los químicos del Caltech han logrado resolver este enigma de la escalabilidad. Su solución permite que el reactivo dióxido de samario se recicle a sí mismo para su uso repetido en una única reacción, lo que significa que ya no se necesitan grandes cantidades de disolventes ni nuevas preparaciones.
"El diyoduro de samario se ha utilizado en el mundo académico para la síntesis de productos naturales como el taxol, un agente anticancerígeno, pero el reactivo no resulta práctico para crear productos como éste a escala industrial", explica Reisman. "El gran avance es que ahora podemos trasladar algunas de estas reacciones interesantes al desarrollo o descubrimiento de procesos".
El reactivo de samario se ha limitado a su uso en laboratorio debido a un molesto enlace samario-oxígeno que se forma durante las reacciones y vuelve inactivo el producto químico.
"Hasta ahora ha sido muy difícil reciclar el samario y devolverlo a su estado activo", explica Emily Boyd, estudiante de postgrado del Tecnológico de California que trabaja en el laboratorio de Jonas Peters, catedrático Bren de Química y director del Instituto Resnick de Sostenibilidad del Tecnológico de California. Boyd y Shin son coautores del nuevo estudio.
"El reactivo suele acabar con un enlace samario-oxígeno muy fuerte que es difícil de romper y dificulta el reciclaje del reactivo", explica.
En otras palabras, el enlace de oxígeno conduce a un callejón sin salida para la reacción. "Es como si el reactivo de samario se volviera perezoso, se sentara en un sofá y no quisiera trabajar", dice Shin.
"Está muy cómodo en este estado y quiere permanecer así", dice Boyd. "Así que experimentamos con diferentes ácidos para escindir el enlace samario-oxígeno y conseguir que el reactivo volviera a trabajar".
Los intentos anteriores de romper este enlace samario-oxígeno han requerido el uso de productos químicos agresivos. En el nuevo estudio, los investigadores lograron romper el enlace con un ácido suave, más práctico para reacciones a gran escala. El ácido aporta un protón al oxígeno unido, que se convierte en alcohol y libera el samario.
Boyd dice que ella y sus colegas del laboratorio Peters estaban interesados en trabajar con el laboratorio Reisman porque sus estudios de investigación sobre la fijación del nitrógeno incluyen el agente diyoduro de samario. La fijación del nitrógeno es el proceso por el cual el nitrógeno gaseoso de nuestra atmósfera se convierte en compuestos como el amoníaco, esenciales para las plantas (y para las personas que se alimentan de ellas). Este proceso puede llevarse a cabo de forma natural por bacterias y de forma artificial mediante reacciones químicas. El laboratorio de Peters está desarrollando nuevas reacciones químicas para fijar artificialmente el nitrógeno de forma más eficiente y sostenible que las que se utilizan habitualmente en la actualidad.
"Tomar nitrógeno y convertirlo en amoníaco es una reacción que interesa mucho a nuestro laboratorio", explica Boyd. "En nuestro laboratorio utilizamos el reactivo de samario para estudiar estas reacciones, pero sería imposible ampliarlo a niveles industriales". A través de conversaciones con el grupo Reisman, especializado en química orgánica sintética, decidimos unir fuerzas."
La colaboración resultó sinérgica, explica Shin: "Yo no tengo las habilidades que tiene Emily y viceversa. Esa combinación nos permitió descifrar la difícil química".
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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