Científics de la Universitat de Barcelona empren eines de la nanotecnologia per accelerar reaccions químiques
Investigadors de la Universitat de Barcelona i de dues universitats australianes han introduït una nova forma de catàlisi —procés pel qual sʼincrementa la velocitat dʼuna reacció química—, mitjançant l'aplicació d'un camp elèctric entre les molècules que reaccionen. Aquest avenç obre la porta a una producció més ràpida i econòmica de compostos químics utilitzats en una gran varietat de productes farmacèutics i materials aplicats. Lʼestudi, publicat a la revista Nature, es va dur a terme amb la clàssica reacció de Diels-Alder, que va ser facilitada mitjançant l'aplicació d'un camp elèctric orientat entre dos nanoelèctrodes que contenien les molècules dels reactius. Aquesta nova perspectiva nanoquímica de la síntesi química comprèn la unió de molècules individuals, com si es tractés de figures de Lego acoblant-se entre elles, per crear noves estructures moleculars, i ens podria portar a mètodes més eficients per a la producció de nous compostos químics.
Investigadors de la Universitat de Barcelona i de dues universitats australianes han introduït una nova forma de catàlisi —procés pel qual sʼincrementa la velocitat dʼuna reacció química—, mitjançant l'aplicació d'un camp elèctric entre les molècules que reaccionen. Aquest avenç obre la porta a una producció més ràpida i econòmica de compostos químics utilitzats en una gran varietat de productes farmacèutics i materials aplicats. Lʼestudi, publicat a la revista Nature, es va dur a terme amb la clàssica reacció de Diels-Alder, que va ser facilitada mitjançant l'aplicació d'un camp elèctric orientat entre dos nanoelèctrodes que contenien les molècules dels reactius. Aquesta nova perspectiva nanoquímica de la síntesi química comprèn la unió de molècules individuals, com si es tractés de figures de Lego acoblant-se entre elles, per crear noves estructures moleculars, i ens podria portar a mètodes més eficients per a la producció de nous compostos químics.
Tal com explica Ismael Díez-Pérez, professor de la Universitat de Barcelona que ha dirigit lʼestudi, «la teoria suggereix que la majoria de reaccions químiques —i no només, com sovint es creu, les reaccions redox on hi ha transferència dʼelectrons— podrien ser catalitzades mitjançant l'aplicació d'un camp elèctric». «Per primera vegada, hem proporcionat una evidència experimental dʼaquesta teoria», afegeix lʼexpert, que també és investigador sènior a Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC).
La capacitat de catalitzar reaccions químiques és essencial, ja que accelera les reaccions i, per tant, fa que aquestes siguin més prolífiques i més barates d'utilitzar per generar productes amb múltiples aplicacions. La catàlisi electrostàtica —basada en l'ús de camps elèctrics— és la forma menys desenvolupada de catàlisi en química sintètica, perquè els efectes electrostàtics són fortament direccionals. En aquesta recerca els investigadors van superar aquesta limitació mitjançant l'ús de tècniques avançades en nanotecnologia, basades en la microscòpia d'efecte túnel (STM, per les sigles en anglès). «El nostre sistema dʼSTM modificat permet enregistrar en directe molècules individuals mentre reaccionen», explica Albert Cortijos, becari FPU de doctorat a la Universitat de Barcelona. «Mitjançant el control de l'orientació de les molècules respecte del camp elèctric, accelerem per primera vegada una reacció no redox», afegeix Díez-Pérez.
«Aquesta manera dʼusar camps elèctrics externs com a catalitzadors ens pot permetre aconseguir reaccions químiques complexes que no es podrien obtenir amb mètodes de síntesi clàssics», afegeix Nadim Darwish, investigador Marie Curie a la Universitat de Barcelona. «Això obre la porta a tota una nova tecnologia química», conclou.
Referència de lʼarticle:
Albert C. Aragonès, Naomi L. Haworth, Nadim Darwish, Simone Ciampi, Nathaniel J. Bloomfield, Gordon G. Wallace, Ismael Díez-Pérez & Michelle L. Coote. «Electrostatic catalysis of a Diels-Alder reaction». Nature, març de 2016. Doi:10.1038/nature16989