Los investigadores de la Universidad de Brown han desarrollado un nuevo catalizador compuesto que puede realizar cuatro reacciones químicas separadas en orden secuencial y en un recipiente para producir compuestos útiles en la elaboración de una amplia gama de productos farmacéuticos.

"Normalmente se necesitan varios catalizadores para llevar a cabo todos los pasos de esta reacción, "dijo Chao Yu, investigador postdoctoral en Brown que codirigió el trabajo con el estudiante graduado Xuefeng Guo. "Pero encontramos un único nanocatalizador que puede realizar esta reacción de varios pasos por sí mismo".

La investigación, descrito en el Revista de la Sociedad Química Estadounidense , fue una colaboración entre los laboratorios de los profesores de Brown Christopher Seto y Shouheng Sun, que son coautores del artículo.

El trabajo estaba hecho los investigadores dijeron, con miras a encontrar formas de hacer que la industria química sea más sostenible desde el punto de vista medioambiental. Los catalizadores de reacciones múltiples como este son un paso hacia ese objetivo.

"Si está ejecutando cuatro reacciones diferentes por separado, luego tienes cuatro pasos diferentes que requieren solventes y materiales de partida, y cada uno deja residuos contaminados con subproductos de la reacción, "Dijo Seto." Pero si puedes hacerlo todo en una olla, puede utilizar menos disolvente y reducir el desperdicio ".

El equipo fabricó su nuevo catalizador cultivando nanopartículas de plata y paladio en la superficie de nanobarras hechas de óxido de tungsteno deficiente en oxígeno (óxido de tungsteno al que le faltan algunos de sus átomos de oxígeno). Los investigadores demostraron que podría catalizar la serie de reacciones necesarias para convertir los materiales de partida comunes en ácido fórmico, nitrobenceno y un aldehído en un benzoxazol, que se puede utilizar para hacer antibacterianos, antifúngicos y analgésicos AINE. Los investigadores demostraron que el catalizador también podría usarse para crear otro compuesto, quinazolina, que se utiliza en una variedad de medicamentos contra el cáncer.

Los experimentos demostraron que el catalizador podía realizar las cuatro reacciones con un rendimiento casi cuantitativo, lo que significa que produce la máxima cantidad posible de producto para una determinada cantidad de materias primas. Las reacciones se realizaron a una temperatura más baja, en un período de tiempo más corto, y el uso de disolventes más respetuosos con el medio ambiente que los que se utilizan normalmente para estas reacciones.

"La temperatura que usamos para sintetizar este producto es de unos 80 grados Celsius, "Dijo Guo." Normalmente, la reacción ocurre alrededor de 130 grados y es necesario ejecutar la reacción durante uno o dos días. Pero podemos obtener un rendimiento similar a 80 grados en ocho horas ".

El nuevo catalizador también puede producir compuestos de benzoxazol utilizando materiales de partida que son más benignos para el medio ambiente que los que se utilizan generalmente. La cadena de reacción requiere una fuente de hidrógeno para su paso inicial. Esa fuente podría ser gas hidrógeno puro, que es difícil de almacenar y transportar, o podría extraerse de un compuesto químico. Un compuesto llamado borano de amoníaco se usa a menudo para este propósito, pero el nuevo catalizador permite utilizar ácido fórmico en su lugar, que es más barato, más verde y menos tóxico, "Dijo Yu.

Y aunque muchos catalizadores probados en estas reacciones no se pueden usar más de una vez sin dañar gravemente su eficiencia, los investigadores pudieron utilizar el nuevo catalizador hasta cinco veces con una pequeña caída en el rendimiento de la reacción.

Sun dice que estudios como este representan una línea emergente de investigación en química más ecológica.

"Normalmente, en la catálisis estamos haciendo una reacción a la vez, con un catalizador diferente para cada reacción ", dijo Shouheng Sun, profesor de química en Brown. "Pero existe un interés creciente en crear catalizadores que puedan realizar múltiples reacciones en un solo recipiente, y eso es lo que hemos hecho aquí ".