Durante más de una década a mediados del siglo XX, Los químicos debatieron exactamente qué aspecto tenían los "carbocationes", moléculas con un átomo de carbono cargado positivamente. Lo que se conoce como la "visión clásica, "que se enseñó a principios de ese siglo, declaró que el carbono en estas moléculas tenía la carga; la "opinión no clásica" sostenía que la carga también podría ser compartida por otros átomos cercanos. Tanto la teoría como el experimento finalmente demostraron que existían carbocationes no clásicos, y el debate se desvaneció. Incluso si estas estructuras existen, la mayoría de los químicos creían, no tenían relevancia práctica.

Ahora, Los investigadores de UCLA han descubierto una reacción química, que algún día podría usarse para procesar el petróleo en compuestos útiles, en la que los carbocationes no clásicos desempeñan un papel clave. Los resultados, publicado el 27 de julio en la revista Ciencias , subrayan la importancia de los cationes no clásicos:iones con menos electrones que protones, y por tanto una carga positiva. Los hallazgos también ofrecen una nueva reacción para procesar alcanos, sustancias químicas que se encuentran en los gases de metano y propano que son notoriamente difíciles de convertir en otros productos.

"Existe esta reacción con mucho potencial práctico, y esta sorprendente química detrás de la reacción, "dijo Oseas Nelson, profesor asistente de química y bioquímica de UCLA y autor principal del estudio.

"Ahora hemos demostrado la importancia de estas especies para explicar la reactividad y la selectividad, "dijo Kendall Houk, Profesor Saul Winstein de UCLA en Química Orgánica, coautor de la nueva investigación. Winstein fue profesor de UCLA y defensor del concepto de iones no clásico. A través de su trabajo UCLA se hizo conocida como una de las principales universidades para el estudio de carbocationes, dijo Miguel García-Garibay, decano de la División de Ciencias Físicas de UCLA y profesor de química y bioquímica.

El laboratorio de Nelson se enfoca en desarrollar nuevas reacciones químicas que tienen usos prácticos en la creación de medicamentos y el procesamiento de productos de desecho no deseados.

"Nuestro objetivo es sacar la basura de las chimeneas de una refinería y convertirla en productos farmacéuticos, ", Dijo Nelson. Los alcanos de este tipo de desechos han planteado un problema particular porque son muy estables químicamente, él dijo. Eso significa que es difícil romper los enlaces que mantienen unidas estas moléculas.

El año pasado, sin embargo, Nelson y sus colegas descubrieron una reacción química que parecía alterar efectivamente los alcanos en un subproducto que es más útil químicamente. Hubo solo un problema, Dijo Nelson. "Aquí estaba esta reacción muy poderosa, pero no pudimos explicar cómo o por qué funcionó, ", dijo. Se asoció con Houk para obtener una explicación.

Cuando los investigadores analizaron más a fondo la reacción con métodos computacionales modernos, encontraron que la reacción implica la formación de un carbocatión no clásico.

"Este fue un hallazgo fundamental sorprendente, ", Dijo Nelson." Introduce muchas otras preguntas, y creemos que la no clasicidad de estas reacciones nos permitirá romper muchas de las reglas de la síntesis química para desarrollar nuevos tipos de reacciones ".

Dado que la carga se comparte entre múltiples átomos (el modelo no clásico), la molécula tiene más flexibilidad para sufrir una diversa gama de reacciones, incluidos los necesarios para romper los fuertes lazos de los alcanos. Solo mirando las reacciones con dinámica molecular, siguiendo los movimientos de los átomos a medida que ocurren las reacciones, ¿Podrían entenderse las reacciones?

"Hemos desarrollado una forma completamente nueva de pensar sobre las reacciones a través de nuestras simulaciones de dinámica molecular, "Dijo Houk.

Por ahora, los alcanos no se convierten directamente en drogas, sino más bien en otros productos químicos que podrían ser útiles en el procesamiento de moléculas de fármacos. Nelson sospecha que la reacción también tiene utilidad para romper las moléculas de alcanos largas que se encuentran en algunos plásticos no biodegradables. Su grupo está estudiando ambas aplicaciones con más detalle.