Investigadores de la Universidad Carnegie Mellon han utilizado la espectroscopia vibratoria de resonancia nuclear para sondear los enlaces de hidrógeno que modulan la reactividad química de las enzimas. catalizadores y complejos biomiméticos. La técnica podría conducir al desarrollo de mejores catalizadores para su uso en una amplia gama de campos. Los hallazgos se publicaron como un "documento muy importante" en la edición del 3 de diciembre de Angewandte Chemie y aparece en la contraportada de la revista.

Los enlaces de hidrógeno se encuentran entre las interacciones más fundamentales que se encuentran en biología y química. Son responsables de muchas de las propiedades químicamente importantes del agua, para estabilizar las estructuras de proteínas y ácidos nucleicos, incluidos los que se encuentran en el ADN y el ARN, y contribuir a la estructura de polímeros naturales y sintéticos.

La investigación ha demostrado que los enlaces de hidrógeno desempeñan un papel importante en el ajuste de la reactividad de los centros metálicos de las metaloenzimas y los catalizadores que contienen metales. Sin embargo, Se han realizado pocas investigaciones para demostrar experimentalmente cómo los cambios sistemáticos en los enlaces de hidrógeno dentro de la esfera de coordinación secundaria (moléculas que se encuentran en las proximidades de los centros metálicos que no tienen interacciones de enlace directo con el centro) influyen en la actividad catalítica.

En catálisis, enzimas o catalizadores sintéticos estimulan una cadena de reacciones químicas, que producen una serie de estructuras o especies intermedias. Comprender esas estructuras y sus propiedades químicas es clave para comprender toda la reacción.

"Comprender a fondo la reactividad química del intermedio reactivo es un paso clave para determinar cómo diseñar catalizadores altamente eficientes y selectivos para la funcionalización C-H, "dijo Yisong Guo, profesor asistente de química en Carnegie Mellon y autor principal del estudio. "En el caso de las enzimas activadoras de dioxígeno, los intermedios clave de la catálisis son las especies de hierro-oxo (Fe-O) y hierro-hidroxo (Fe-OH), que están involucrados en importantes procesos biológicos, como la biosíntesis de ADN, Reparación de ADN y ARN, modificación postraduccional de proteínas, biosíntesis de antibióticos y degradación de compuestos tóxicos ".

Guo y sus colegas utilizaron espectroscopía vibratoria de resonancia nuclear (NRVS) de 57Fe, una técnica basada en radiación de sincrotrón recientemente desarrollada, detectar la frecuencia vibratoria de unidades Fe-O y Fe-OH de complejos sintéticos que interactúan con la esfera secundaria de coordinación a través de enlaces de hidrógeno. Los cambios en las frecuencias revelaron información valiosa sobre la fuerza de los enlaces de estas unidades y además proporcionaron una medida cualitativa de la fuerza del enlace de hidrógeno.

"Esto demostró que NRVS es una técnica sensible para detectar cambios muy pequeños en la fuerza del enlace de hidrógeno, hasta los cambios de un solo enlace de hidrógeno. Esto nos proporciona un nuevo método para conectar los cambios en la fuerza de unión de las unidades Fe-O y Fe-OH con su reactividad química. "dijo Guo.

Guo dice que este estudio es una prueba de concepto para usar NRVS para sondear enlaces de hidrógeno. Él planea continuar usando este método para estudiar más especies de hierro-oxo e hierro-hidroxo tanto en complejos sintéticos como en enzimas para acumular la cantidad de datos disponibles para correlacionar la reactividad química de estas especies con los cambios en las interacciones de los enlaces de hidrógeno. con la esperanza de que esa información pueda utilizarse para desarrollar catalizadores más eficientes y eficaces.