Ya sean materiales sintéticos como PET y Teflón, medicinas o aromatizantes, la vida sin compuestos producidos sintéticamente es apenas concebible. La industria química depende de la eficiencia, métodos a largo plazo de producción de moléculas derivadas sintéticamente. Para este propósito, los químicos a menudo usan catalizadores, es decir., aditivos con los que pueden facilitar y controlar las reacciones químicas. Pero, ¿cómo se descubren y desarrollan tales reacciones?

Se requiere un alto grado de conocimiento y comprensión, pero el azar también juega un papel decisivo. Un equipo de químicos de la Universidad de Münster (Alemania) ha desarrollado una estrategia para generar tales "hits aleatorios" de forma sistemática con el objetivo de descubrir nuevos, reacciones inesperadas. El estudio ha sido publicado en la Chem diario.

El proceso de realizar sistemáticamente una gran cantidad de experimentos se llama cribado, y es una práctica establecida, en particular, en la investigación farmacéutica relacionada con los ingredientes activos. El método de cribado desarrollado en Münster para descubrir reacciones combina dos pasos que cubren una variedad de elementos individuales en una reacción, cuales, en combinación, están diseñados para descubrir nuevos reacciones sintéticamente relevantes. En el primer paso Los químicos examinan si un sustrato potencial realmente interactúa con el catalizador. Para este propósito, en el caso de los fotocatalizadores, Se utiliza el fenómeno de extinción de emisiones. Si un sustrato reduce la emisión del catalizador, Es probable que exista una interacción entre el catalizador y el sustrato. Al seleccionar sistemáticamente una gran cantidad de compuestos seleccionados al azar, Se pueden identificar nuevas moléculas cuya interacción con los catalizadores se desconocía hasta ahora.

La interacción entre el sustrato y el catalizador no crea por sí misma una reacción, sin embargo. Por esta razón, la segunda etapa del proceso de cribado implica examinar si realmente tiene lugar una reacción cuando están presentes un socio de reacción y el catalizador. Esto significa que, por primera vez, como resultado de combinar dos pasos de cribado, Se pueden identificar ambos socios en una nueva reacción que reaccionan para formar un nuevo producto. "Esta estrategia bidimensional nos permite no solo encontrar nuevas interacciones catalizador-sustrato, sino también para descubrir nuevas reacciones, incluidas algunas que no esperábamos antes, "explica el profesor Frank Glorius del Instituto de Química Orgánica de la Universidad de Münster.

Descubriendo reactividad inesperada

El estudio muestra que los autores pudieron descubrir y desarrollar más tres reacciones previamente desconocidas. Una de estas reacciones es la llamada cicloadición fotoquímica, en que simple, Las moléculas planas (benzotiofenos) se transfieren a estructuras tridimensionales complejas. "Según lo formulado en papel, No hubiera considerado posible esta reacción, "dice Felix Strieth-Kalthoff, un doctorado estudiante y autor principal del estudio, "porque, desde un punto de vista energético, el paso clave de esta reacción no debería ser posible ".

Para investigar esto con más detalle, los químicos de Münster se pusieron en contacto con el profesor Dirk Guldi de la Universidad de Erlangen, quien es considerado el principal experto mundial en investigaciones de procesos fotoquímicos. Trabajando con colegas del Instituto Leibniz de Ingeniería de Superficies en Leipzig, el equipo pudo arrojar luz sobre el asunto realizando mediciones en forma de espectroscopía ultrarrápida. Los químicos utilizaron pulsos de láser ultracortos para observar e investigar sistemáticamente los pasos individuales de la reacción. "Ahora podemos ofrecer explicaciones mucho mejores de los procesos moleculares subyacentes en la transferencia de energía triplete-triplete, el paso clave de activación, ", dice Dirk Guldi." Esta mayor comprensión permitirá el desarrollo de nuevos procesos y catalizadores, " él añade.

Este ejemplo muestra que los resultados de un enfoque de detección de este tipo no solo generan nuevas reacciones, sino que también pueden, además, contribuir a una comprensión más profunda del tema. "Estamos convencidos de que esta estrategia se puede utilizar en otras áreas de catálisis, y más allá, "dice Frank Glorius.

Utilizando, entre otras cosas, las últimas tecnologías informáticas, el equipo de investigadores ya está trabajando a fondo en el desarrollo de nuevos métodos de detección para descubrir y comprender nuevas clases de reacciones. Frank Glorius está seguro de una cosa:"Creo que el descubrimiento de nuevos tipos de reacciones resultantes de estrategias basadas en datos, como son estos métodos de detección, marcará una diferencia decisiva en el desarrollo de la química sintética ".