Por primera vez, Los químicos de la Universidad de Bonn y la Universidad de Lehigh en los EE. UU. han desarrollado un catalizador de titanio que hace que la luz sea utilizable para reacciones químicas selectivas. Proporciona una alternativa rentable y no tóxica a los catalizadores de rutenio e iridio que se utilizan actualmente. que se basan en metales muy costosos y tóxicos. El nuevo catalizador se puede utilizar para producir productos químicos altamente selectivos que pueden proporcionar la base para medicamentos antivirales o tintes luminiscentes. por ejemplo. Los resultados han sido publicados en la edición internacional de la revista. Angewandte Chemie .

Los electrones de las moléculas químicas son reacios a llevar una sola vida; generalmente ocurren en pares. Entonces son particularmente estables y no tienden a forjar nuevas asociaciones en forma de nuevos vínculos. Sin embargo, si algunos de los electrones se llevan a un nivel de energía más alto con la ayuda de la luz (fotones), las cosas comienzan a verse diferentes cuando se trata de esta "monogamia":en un estado tan excitado, a las moléculas les gusta donar o aceptar un electrón. Esto crea los llamados 'radicales, 'que tienen electrones, son altamente reactivos y pueden usarse para formar nuevos enlaces.

Irradiación con luz verde

Este nuevo catalizador se basa en este principio:en su núcleo está el titanio, que está conectado a un anillo de carbono en el que los electrones son particularmente móviles y pueden excitarse fácilmente. La luz verde es suficiente para usar el catalizador para la transferencia de electrones a fin de producir intermedios orgánicos reactivos que de otro modo no serían fáciles de obtener. "En el laboratorio, Irradiamos un matraz de reacción que contiene el catalizador de titanio que se puede ver como un 'tinte rojo' con luz verde, "informa el Prof. Dr. Andreas Gansäuer del Instituto Kekulé de Química Orgánica y Bioquímica de la Universidad de Bonn." Y funcionó de inmediato. "La mezcla genera radicales a partir de moléculas orgánicas que inician muchos ciclos de reacción a partir de los cuales se se pueden producir productos.

Un factor clave en las reacciones con este catalizador foto-redox es la longitud de onda de la luz utilizada para la irradiación. "La radiación ultravioleta no es adecuada porque es demasiado rica en energía y destruiría los compuestos orgánicos, ", dice Gansäuer. La luz verde de las lámparas LED es lo suficientemente suave y rica en energía como para desencadenar la reacción.

Los catalizadores son sustancias que aumentan la velocidad de las reacciones químicas y reducen la energía de activación sin consumirse. Esto significa que están disponibles continuamente y pueden desencadenar reacciones que de otro modo no ocurrirían de esta forma. El catalizador se puede adaptar a los productos deseados dependiendo de la molécula orgánica con la que está unido el titanio.

Bloques de construcción para medicamentos antivirales o tintes luminiscentes

El nuevo catalizador de titanio facilita las reacciones de epóxidos, un grupo de productos químicos a partir de los cuales se fabrica la resina epoxi. Se utilizan como adhesivo o para composites. Sin embargo, los científicos no apuntan a este producto masivo, sino para la síntesis de productos químicos finos mucho más valiosos. "El a base de titanio, Los catalizadores foto-redox hechos a medida se pueden utilizar, por ejemplo, para producir componentes básicos para fármacos antivirales o tintes luminiscentes. "dice Gansäuer. Está seguro de que estos nuevos catalizadores proporcionan una alternativa rentable y más sostenible a los catalizadores de rutenio e iridio utilizados hasta ahora, que se basan en metales muy costosos y tóxicos.

El desarrollo es un esfuerzo de colaboración internacional de Zhenhua Zhang, Tobias Hilche, Daniel Slak, Niels Rietdijk y Andreas Gansäuer de la Universidad de Bonn y Ugochinyere N. Oloyede y Robert A. Flowers II de la Universidad de Lehigh (EE. UU.). Mientras que los científicos de la Universidad de Bonn investigaban cómo los compuestos deseados podrían sintetizarse mejor con el nuevo catalizador, sus colegas de EE. UU. realizaron mediciones para probar las vías de reacción. "El fenómeno de la luminiscencia realmente abre un espacio interesante para considerar el diseño de nuevas reacciones sostenibles que proceden a través de radicales libres intermedios, "dice el profesor Robert Flowers de la Universidad de Lehigh.