Alrededor de un tercio de todas las exportaciones suizas son el resultado de descubrimientos fundamentales en química sintética. Ciertas drogas y perfumes, así como alimentos y productos agrícolas, e incluso el famoso color rojo de Ferrari, se derivan de nuevas estructuras moleculares inventadas por científicos suizos.Los químicos de la Universidad de Ginebra UNIGE, Suiza, acaban de descubrir que los enlaces químicos basados en el antimonio, un elemento olvidado en la parte inferior de la tabla periódica, producen nuevos catalizadores potentes que pueden usarse para estimular con precisión la transformación deuna molécula desde adentro. Estos enlaces complementan las interacciones existentes, como los enlaces de hidrógeno convencionales o los enlaces de calcógeno más recientes con azufre. Este hallazgo, publicado en la revista Angewandte Chemie , conducirá a la creación de materiales innovadores que se convertirán en parte de nuestra vida cotidiana. Ha desencadenado una pequeña revolución en el mundo de la química sintética, que siempre había creído que había un límite en el número de posibles enlaces para construirnuevos catalizadores.
La investigación básica en química requiere creatividad. Pero el químico, un verdadero escultor de estructuras moleculares, necesita herramientas específicas. Para inducir una transformación molecular, la molécula que el científico quiere alterar, el sustrato, debe entrar en contacto con unelemento de la tabla periódica en el catalizador. En condiciones normales, el contacto - o enlace - utilizado es con hidrógeno. Pero las posibilidades creativas se reducen cuando se restringe a este único elemento. Encontrar nuevas formas de iniciar el contacto entre moléculas lo haríaes posible transformarlos de manera diferente, lo que permite a los químicos crear nuevos materiales. "Es por eso que mi equipo busca constantemente nuevos enlaces para la catálisis", explica Stefan Matile, profesor del Departamento de Química Orgánica de la Facultad de Ciencias de la UNIGE. "Después de descubrirEl enlace a base de azufre para la catálisis, llamado calcógeno, hace dos años, decidimos buscar otra categoría en la tabla periódica, elementos de picnógeno, que son discaracterizados por sus componentes metálicos. "Nitrógeno, fósforo, arsénico, antimonio y bismuto pertenecen a esta categoría".
Elementos revelados usando el espacio vacío
Descubrir nuevos enlaces para la catálisis requiere innovación. "La investigación generalmente se enfoca en estudiar los electrones de los elementos. Tomamos el enfoque opuesto: solo examinamos los espacios vacíos que dejan los electrones, que son esenciales para la construcción molecular, por lo que podríamosbusque posibles nuevas interacciones ", continúa el profesor Matile. Y con razón, ya que los elementos pesados de picnógenos, como las frutas maduras, son más flexibles y deformables que, por ejemplo, el hidrógeno, que es muy compacto. De esta manera, los espacios vacíos se vuelven másaccesible e inteligible para los químicos.
Los científicos de UNIGE eligieron siete elementos. "Los cálculos teóricos permiten una mejor visualización de los espacios vacíos", dice Amalia I. Poblador-Bahamonde, investigadora del Departamento de Química Orgánica de la Facultad de Ciencias. "Es por eso queprimero realizamos un modelado por computadora de los siete elementos solos para que pudiéramos visualizar dónde estaban ubicados los electrones y los espacios vacíos. Luego lo volvimos a hacer con las moléculas que se probarán para medir la fuerza del nuevo enlace ".se hicieron visibles los espacios vacíos de la molécula, mejor funciona el enlace y el elemento es un mejor catalizador. En esta etapa teórica, el antimonio resultó ser el mejor de los siete elementos probados. Los resultados alentaron a los químicos a centrarse en los elementosparte inferior de la tabla periódica, un área poco explorada en química orgánica.
Un elemento que ha sido ignorado desde el antiguo Egipto
Basando su trabajo en el modelado teórico, los químicos estudiaron los enlaces usando resonancia magnética nuclear, lo que permite visualizar las moléculas y las transformaciones en su estructura. "Nuestros resultados fueron perfectamente consistentes con las predicciones teóricas", señala SebastianBenz, estudiante de doctorado en el equipo del profesor Matile. "¡El antimonio demostró ser ultraeficiente una vez más, hasta 4.000 veces más rápido que los otros elementos probados en la creación de una nueva estructura!"
El antimonio resultó ser una sorpresa para los investigadores de UNIGE. Se usó como maquillaje de ojos en el antiguo Egipto antes de caer en el olvido. Esta investigación pone el elemento de nuevo en el centro de atención, todo gracias a las cualidades excepcionales que mostró para la transformación molecular"El antimonio no solo es ultrarrápido, sino que, a diferencia de otros catalizadores que actúan sobre la superficie de la molécula, funciona desde adentro. Esto impacta en todo el entorno del material y permite que el químico sea más preciso al realizar las transformaciones".continúa el profesor Matile.
Los enlaces de picnógeno con antimonio son los terceros enlaces para catálisis descubiertos por los químicos de UNIGE, siguiendo los enlaces anión-π y enlaces de calcógeno con azufre. Los tres introducen nuevas formas de ver las transformaciones moleculares y abren perspectivas no probadas.No tengo la intención de detenernos allí, por supuesto: ¡vamos a seguir buscando nuevos enlaces y formas en que podamos utilizarlos! ", dice el profesor Matile. Ejemplos ilustrativos de estas brillantes perspectivas son las primeras enzimas que funcionan con el anión-π enlaces, realizados en el Centro Nacional de Competencia en Investigación NCCR Ingeniería de Sistemas Moleculares, y las primeras sondas fluorescentes que pueden visualizar las fuerzas mecánicas en las células vivas gracias a los enlaces de calcógeno con azufre, realizados en la NCCR Chemical Biology en UNIGE.
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Materiales proporcionado por Universidad de Ginebra . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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