Aproximadamente un tercio de todas las exportaciones suizas son el resultado de descubrimientos fundamentales en química sintética. Ciertos medicamentos y perfumes, así como los productos alimenticios y agrícolas, e incluso el famoso color rojo de Ferrari, se derivan de nuevas estructuras moleculares inventadas por científicos suizos. Químicos de la Universidad de Ginebra (UNIGE), Suiza, Acabo de descubrir que los enlaces químicos basados ​​en el antimonio, un elemento olvidado en el medio de la tabla periódica, producen nuevos y potentes catalizadores que pueden utilizarse para estimular la transformación de una molécula desde dentro. Estos enlaces complementan las interacciones existentes, como los enlaces de hidrógeno convencionales o los enlaces de calcógeno más recientes con azufre. Este descubrimiento, publicado en la revista Angewandte Chemie , podría conducir a la creación de nuevos materiales innovadores. Ha desencadenado una pequeña revolución entre los químicos sintéticos, que siempre había creído que existía un límite en el número de enlaces posibles para construir nuevos catalizadores.

La investigación básica en química requiere creatividad. Pero los químicos necesitan herramientas específicas. Para inducir una transformación molecular, la molécula de sustrato debe entrar en contacto con un elemento del catalizador. Bajo condiciones normales, ese enlace es el hidrógeno. Pero las posibilidades creativas se reducen cuando se restringen a este único elemento. Encontrar nuevas formas de iniciar el contacto entre moléculas permitiría transformarlas de manera diferente, permitiendo así a los químicos crear nuevos materiales. "Es por eso que mi equipo busca constantemente nuevos vínculos para la catálisis, "explica Stefan Matile, profesor del Departamento de Química Orgánica de la Facultad de Ciencias de UNIGE. "Después de descubrir el enlace basado en azufre para la catálisis, calcógeno, hace dos años, decidimos mirar otra categoría en la tabla periódica, elementos pnictógenos, que se distinguen por sus componentes metálicos. "Nitrógeno, fósforo, arsénico, el antimonio y el bismuto pertenecen todos a esta categoría.

Descubrir nuevos vínculos 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 dejados por los electrones, que son esenciales para la construcción molecular, para que podamos buscar posibles nuevas interacciones, "dice el profesor Matile. Los elementos pictógenos pesados, como frutos maduros, son más flexibles y deformables que el hidrógeno, que es muy compacto. Los espacios vacíos son así más accesibles e inteligibles 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, investigador del Departamento de Química Orgánica de la Facultad de Ciencias. "Es por eso que primero llevamos a cabo un modelado por computadora de los siete elementos solo para poder visualizar dónde estaban ubicados tanto los electrones como los espacios vacíos. Luego lo hicimos nuevamente con las moléculas a probar para medir la fuerza del nuevo enlace". . " Cuanto más visibles se volvían los espacios vacíos de la molécula, cuanto mejor funcione el vínculo, y mejor el elemento como catalizador. En esta etapa teórica, el antimonio resultó ser el mejor de los siete elementos probados. Los hallazgos alentaron a los químicos a enfocarse en los elementos en la parte inferior de la tabla periódica, un área poco explorada en química orgánica.

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, "dice Sebastian Benz, un doctorado estudiante 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 utilizó como maquillaje de ojos en el antiguo Egipto antes de caer en el olvido. Esta investigación vuelve a poner el elemento en el centro de atención, todo gracias a las excepcionales cualidades que mostró para la transformación molecular. "El antimonio no solo es ultrarrápido, sino que también, 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 al químico ser más preciso al realizar las transformaciones. "dice el profesor Matile.

Los enlaces pictógenos con el antimonio son los terceros enlaces para catálisis descubiertos por los químicos de UNIGE, siguiendo enlaces anión-π y enlaces calcógeno con azufre. Los tres introducen nuevas formas de ver las transformaciones moleculares y abren perspectivas desconocidas. "No tenemos la intención de detenernos allí, por supuesto. Seguiremos buscando nuevos vínculos y formas de utilizarlos, "dice el profesor Matile. Los investigadores han desarrollado las primeras enzimas que trabajan con enlaces anión-π, hecho en el Centro Nacional de Competencia en Investigación (NCCR) Ingeniería de Sistemas Moleculares, y las primeras sondas fluorescentes que pueden visualizar fuerzas mecánicas en células vivas gracias a enlaces calcógeno con azufre, realizado en el NCCR Química Biología de UNIGE.