En molienda de bolas, los productos químicos y una bola de acero se colocan en frascos de acero que luego se agitan vigorosamente. Crédito:Universidad de Hokkaido
Los investigadores han demostrado que la fuerza mecánica puede iniciar reacciones químicas, haciéndolos más baratos, de aplicación más amplia, y más respetuoso con el medio ambiente que los métodos convencionales.
Las reacciones químicas se provocan de forma más convencional calentando las mezclas de reacción. En los últimos diez años, Ha habido una extensa investigación sobre "catalizadores fotorredox" que pueden activarse con luz visible y permitir reacciones químicas altamente específicas y eficientes. Sin embargo, estas reacciones a menudo requieren una gran cantidad de disolventes orgánicos nocivos, haciéndolos aplicables sólo a reactivos solubles.
Se sabe que los materiales piezoeléctricos como el titanato de bario generan potenciales eléctricos cuando se les aplica una presión mecánica. por eso se utilizan en micrófonos y encendedores. En el estudio actual publicado en Ciencias , El equipo de investigación dirigido por Hajime Ito y Koji Kubota del Instituto de Diseño y Descubrimiento de Reacciones Químicas (WPI-ICReDD) de la Universidad de Hokkaido demostró que este potencial eléctrico también se puede utilizar para activar reacciones químicas. "En nuestro sistema, utilizamos la fuerza mecánica proporcionada por un molino de bolas para activar un material piezoeléctrico para reacciones redox, mientras se elimina el uso de solventes orgánicos, ", dice Koji Kubota. Lo llaman una reacción mecanorredox en lugar de una reacción fotorredox.
Mezclas de reacción antes y después de triturar en un molino de bolas. Se produjeron reacciones de arilación mecanorredox con sales de aril diazonio y furano en presencia de un material piezoeléctrico (BaTiO3). (Kubota K. et al. Science, 19 de diciembre 2019) Crédito:Kubota K. et al. Ciencias , 19 de diciembre 2019
El equipo demostró que los potenciales eléctricos derivados del material piezoeléctrico (BaTiO3) activan un compuesto llamado sales de aril diazonio que generan radicales altamente reactivos. Los radicales experimentan reacciones de formación de enlaces, como reacciones de arilación y borilación, ambas importantes en la química sintética, con alta eficiencia. El equipo también demostró que la reacción de borilación podría ocurrir al golpear la mezcla en una bolsa de plástico con un martillo.
"Este es el primer ejemplo de reacciones de arilación y borilación que utilizan piezoelectricidad inducida mecánicamente, "dice Koji Kubota." Nuestro sistema sin solventes que utiliza un molino de bolas nos ha permitido eliminar los solventes orgánicos, haciendo que las reacciones sean más fáciles de manejar, más respetuoso con el medio ambiente, y aplicable incluso a reactivos que no se pueden disolver en el disolvente de reacción ". También podrían reciclar el titanato de bario y lograr mejores rendimientos que las reacciones fotoredox, aumentando aún más el atractivo de este enfoque.
"Ahora estamos explorando la capacidad de sintonización del potencial eléctrico generado mecánicamente. Junto con las predicciones computacionales, nuestro objetivo es ampliar la aplicabilidad de esta técnica, ", dice Hajime Ito." Nuestro objetivo es complementar o, al menos, reemplazar parcialmente los enfoques fotorredox existentes y proporcionar una alternativa rentable y respetuosa con el medio ambiente para su uso en la síntesis orgánica industrial ".
