Por primera vez, los investigadores descubrieron una forma simple y altamente eficiente de producir ciertos tipos de compuestos orgánicos. El equipo del Departamento de Química de la Universidad de Tokio informa que su nuevo método, que utiliza un catalizador de hierro novedoso, no solo puede simplificar la síntesis orgánica, sino que también reduciría en gran medida los costos y los productos de desecho. Esto podría tener enormes implicaciones para industrias como la farmacéutica, petroquímicos, materiales y más.

Los compuestos orgánicos son esenciales para casi todo. La lista es interminable:combustibles, medicamentos, alimentos detergentes, solventes, plásticos y por supuesto la vida misma. Los productos químicos orgánicos están literalmente en todas partes, incluso las frías profundidades del espacio. Hay muchos tipos diferentes, algunos son producidos por organismos vivos y otros son sintetizados en laboratorios mediante complejos procesos químicos. Estos procesos tienen costos financieros y materiales que el profesor Eiichi Nakamura, investigador principal del estudio, tiene como objetivo cortar.

"Me sentí atraído a investigar el uso del hierro como catalizador para acelerar las reacciones, ", dijo Nakamura." Es intrigante cómo, por un lado, es barato, abundante y atóxico, pero, por otro lado, es difícil controlar la capacidad catalítica del hierro debido a su complejo comportamiento electrónico ".

Entonces, ¿cómo puede el hierro ayudar a reducir los costos?

Todo se reduce a cómo las moléculas de los componentes se unen para formar otras más complejas, como los siempre útiles compuestos orgánicos mencionados anteriormente. Suelen ser combinaciones de hidrocarburos simples, moléculas con enlaces carbono-hidrógeno (C-H), en disposiciones específicas. Los diferentes enlaces C-H se combinan para producir una funcionalidad diferente en el compuesto resultante.

Sin embargo, dejado a sus propios dispositivos, muchos enlaces C-H tienden a unirse a otros enlaces idénticos que no dan un producto útil. A esto se le llama homoacoplamiento y el resultado se considera desperdicio. Lo que han hecho Nakamura y sus colegas es ajustar un catalizador de hierro, el primero en su tipo, para que seleccione qué enlaces C-H combinar y qué pares de enlaces rechazar. De esta forma, hay menos homocuplicaciones y menos desperdicio general.

"Nuestro grupo ha investigado la reactividad de los catalizadores de hierro durante más de 10 años, "continuó Nakamura." La parte más difícil de la investigación, pero también el más gratificante, estaba dilucidando el mecanismo que sustenta las reacciones que buscamos ".

Este mecanismo es una serie de eventos que toman una cantidad de moléculas fuente, principalmente los hidrocarburos simples que el químico desea unir, y entrega una cantidad de compuestos más complejos después de cierto tiempo.

Estos eventos tienen lugar en recipientes de reacción en los que los átomos e incluso los componentes subatómicos se mueven y descartan según sea necesario por diferentes sustancias que controlan las reacciones.

Pero sirviendo como escenario para toda esta acción es el catalizador de hierro, sin el cual los hidrocarburos no tendrían dónde realizar su danza química. En esta analogía, el catalizador también interpreta al coreógrafo, orquestando estas rutinas a nivel atómico.

Con eventos que ocurren a escalas tan pequeñas, Es difícil imaginar cómo Nakamura y su equipo pueden saber realmente lo que está sucediendo, pero tienen trucos ingeniosos para ver la actuación sin interrumpir a los bailarines proverbiales.

"Marcamos un enlace C-H con un isótopo de hidrógeno llamado deuterio, luego detuvo la reacción a la mitad para medir cómo había cambiado este deuterio, "concluyó Nakamura." Vimos que el deuterio se había unido con los agentes de reacción de una manera tan específica que apoya fuertemente mi mecanismo teorizado. Es uno de los resultados más emocionantes que he visto ".