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  • Los puntos cuánticos emisores de luz podrían facilitar la síntesis de nuevos compuestos

    Un punto cuántico tiene la estabilidad química y fotográfica de los minerales, pero tiene una capa de moléculas orgánicas en el exterior que “permite manipularla de la misma forma que manipularías moléculas pequeñas en solución. Puedes rociarlos, puedes recubrirlos en superficies, puedes mezclarlos, y hacer todas las diferentes químicas con ellos, "Dice Todd Krauss, profesor y catedrático de química. Crédito:Michael Osadciw

    Hubo un tiempo en que se podía pasear por los laboratorios de las empresas farmacéuticas y casi nunca se veía que se utilizaba la luz para mediar en las reacciones químicas. Ahora, la "catálisis fotorredox" se ha convertido en una forma esencial de sintetizar nuevos compuestos orgánicos.

    Este tipo de química pronto se podrá utilizar de forma aún más amplia —y menos costosa— gracias a los investigadores de la Universidad de Rochester.

    En un artículo publicado recientemente en el Revista de la Sociedad Química Estadounidense , Los laboratorios de Todd Krauss y Daniel Weix demuestran por primera vez cómo los puntos cuánticos emisores de luz se pueden utilizar como catalizadores fotorredoxos para crear enlaces carbono-carbono.

    Es más, los investigadores, incluidos Jill Caputo '16 (PhD) y Norman Zhao '17 del laboratorio de Weix y Leah Frenette '14 (MS) y Kelly Sowers '16 (PhD) del grupo de Krauss, demostraron que los puntos cuánticos crean estos enlaces con la misma eficacia que los catalizadores de metales raros que ahora se utilizan en la química fotorredox, como el rutenio y el iridio.

    "El impacto potencial podría ser grande, "dice Weix, profesor asociado en el Departamento de Química. Los enlaces carbono-carbono son los componentes básicos de numerosas formas moleculares, muchos de ellos esenciales para las funciones biológicas.

    Los puntos cuánticos tienen aplicaciones potenciales en la síntesis de productos farmacéuticos, productos químicos finos, y agroquímicos. "Estos son mercados donde la gente busca más activamente compuestos químicos con nuevas propiedades, "Dice Weix.

    Los puntos cuánticos son diminutos cristales semiconductores. Que contiene algunos miles de átomos, ellos "viven en un mundo entre minerales a granel, como un trozo de roca, con miles de millones y miles de millones de átomos, y una sola molécula con solo 10 o 20 átomos, "dice Krauss, profesor de química y presidente del departamento. Pero, él añade, "los puntos cuánticos tienen propiedades tanto del mundo molecular como del macroscópico".

    Por ejemplo, un punto cuántico tiene la estabilidad química y fotográfica de los minerales, pero tiene una capa de moléculas orgánicas en el exterior que "permite manipularla del mismo modo que manipularía moléculas pequeñas en solución. Puede rociarlas, puedes recubrirlos en superficies, puedes mezclarlos, y hacer todas las diferentes químicas con ellos, "Dice Krauss.

    Hasta ahora, la mayoría de los químicos han estudiado los puntos cuánticos por sus propiedades básicas, con aplicaciones principalmente limitadas a pantallas como televisores. Este descubrimiento en particular se originó en un trabajo anterior en Rochester que demostró que los puntos cuánticos podrían ser excelentes catalizadores para crear enlaces hidrógeno-hidrógeno para aplicaciones de combustible solar.

    Para este estudio, Krauss y Weix probaron la efectividad de los puntos cuánticos de cadmio / selenio (CdSe) en la creación de enlaces carbono-carbono mediante el uso de cinco reacciones fotoredox conocidas. Descubrieron que un tamaño único, El punto cuántico CdSe de fácil fabricación podría reemplazar varios catalizadores diferentes que se utilizan ahora, con igual o mayor eficiencia.

    "La química varió desde reacciones más simples, donde el punto cuántico sirvió como el único mediador redox [único agente que transfiere un electrón], a reacciones que involucran uno o más cocatalizadores, con muchos reactivos en el matraz, "Dice Weix." Al principio, existía la preocupación de si los puntos sobrevivirían en este guiso químico, pero lo hicieron ".

    Weix advierte que el papel representa sólo un "primer paso para demostrar que se pueden usar puntos cuánticos semiconductores para reemplazar otros catalizadores". Es posible que sea necesario perfeccionar los puntos para que sean adecuados para aplicaciones industriales.

    Pero está entusiasmado con su potencial, y el impulso parece estar aumentando. Señala que, al mismo tiempo que su trabajo, colegas de Northwestern hicieron importantes avances hacia la mejora de los catalizadores de puntos cuánticos. Weix señaló además el trabajo fotoquímico relacionado con dióxido de titanio nanocristalino (TiO2) de investigadores de la Universidad de Ottawa y la Universidad de Wisconsin.

    "Nosotros, y otros, hasta ahora han analizado cómo se comportarían los puntos cuánticos en reacciones que fueron razonablemente bien estudiadas, porque se trata de un nuevo catalizador y queríamos compararlo con lo que vino antes, "Dice Weix." El siguiente paso es mirar qué hacen estas cosas que nada más puede hacer. Esa es la promesa del futuro ".


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