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(noticias nanowerk) Nuevos medicamentos, combustibles más limpios, plásticos biodegradables: Para satisfacer las necesidades de la sociedad, los químicos deben desarrollar nuevos métodos de síntesis para obtener nuevos productos que no existen en su 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 como un «interruptor».
Las tesis centrales
![Equipo de laboratorio](https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/id63835_1.jpg)
Investigación
Este trabajo, publicado en Avances científicos (“Catálisis de anión-π asistida por campo eléctrico en nanotubos de carbono en dispositivos de microfluidos electroquímicos”) podría tener un impacto significativo en el desarrollo de nuevas moléculas, permitiendo no sólo una síntesis más respetuosa con el medio ambiente sino también un control externo muy sencillo de una reacción química. .
En química, la producción de compuestos químicos orgánicos complejos a partir de reactivos más simples se denomina «síntesis orgánica». A través de reacciones secuenciales, los químicos ensamblan pequeñas moléculas para finalmente formar los productos deseados. La síntesis orgánica es crucial para la producción de productos farmacéuticos, polímeros, agroquímicos, pigmentos y fragancias. Estos pasos sucesivos son extremadamente precisos y difíciles de controlar. Para limitar los recursos necesarios, el rendimiento de cada paso de reacción debe ser óptimo. Un mejor control y una implementación más sencilla de estas reacciones siguen siendo un importante desafío de investigación.
«Toda transformación molecular resulta del movimiento de electrones (partículas elementales cargadas negativamente) de un lugar a otro en una molécula», explica Stefan Matile, profesor titular en el Departamento de Química Orgánica de la Facultad de Ciencias Naturales de UNIGE y parte de la Centro Nacional de Competencia en Investigación (NCCR) de Ingeniería de Sistemas Moleculares, quien dirigió el estudio. Los electrones pueden verse influenciados por un campo eléctrico externo. Por tanto, en teoría es posible controlar eléctricamente las reacciones químicas. Aunque este enfoque es simple en principio y prometedor en términos de impacto, enfrenta varias limitaciones y sus pocas implementaciones han dado pocos resultados.
Un avance muy esperado
Con su equipo, Stefan Matile y su colega de la Universidad de Cardiff, el profesor Thomas Wirth, lograron activar una reacción química orgánica con un simple campo eléctrico. Para ello, desarrollaron un reactor de microfluidos electroquímico. Sus resultados muestran claramente la dependencia entre el progreso 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 es una pequeña caja en la que la mezcla de reacción puede circular entre dos electrodos que generan el campo eléctrico. Los electrodos son placas cuadradas de 5 cm x 5 cm dispuestas lo más juntas posible. Están separadas entre sí por un cuarto.» «Hoja de un milímetro de espesor. Esta lámina contiene el canal de flujo para la circulación de moléculas entre los electrodos”, explica Ángeles Gutiérrez López, doctoranda del grupo de Stefan Matile y primera autora del trabajo.
Los electrodos están recubiertos con nanotubos de carbono. A medida que fluyen a través del reactor, los reactivos interactúan débilmente con los nanotubos de carbono, exponiéndolos al campo eléctrico. Esto induce la polarización electrónica en la molécula y activa la conversión química.
¿Hacia una activación de reacciones químicas más respetuosa con el medio ambiente?
Para producir los enlaces químicos deseados con alto rendimiento, los químicos suelen emplear estrategias complejas de varios pasos que involucran numerosos intermediarios. 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 la carga de carbono de las síntesis químicas.
El dispositivo tiene la ventaja de que es fácil de controlar. «Nuestro ‘reactor’ es algo similar al acelerador de partículas del CERN en Ginebra, excepto que en lugar de partículas subatómicas, acelera electrones durante las transformaciones moleculares», explica Stefan Matile. Aún se necesitan avances fundamentales para aprovechar todo el potencial del dispositivo. Sin embargo, en un futuro no muy lejano, este método también podría aplicarse a la química orgánica y hacer que la producción de medicamentos, nuevos combustibles o nuevos plásticos sea más respetuosa con el medio ambiente y controlable.
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