Los científicos del Laboratorio Ames del Departamento de Energía de EE. UU. Y sus colegas han descubierto una forma de desenredar los misterios de las redes de reacción complejas mediante el empleo de una herramienta de medición de una manera única.

La catálisis es un proceso químico fundamental que se utiliza en muchas industrias manufactureras:acelera la descomposición o combinación de compuestos en otros nuevos. para la producción de cosas tan variadas como alimentos, medicamentos, plástica, y combustibles. Haciendo la catálisis más precisa, eficiente y multifuncional tiene el potencial de reducir el número de pasos en los procesos de fabricación, reducir el desperdicio o los subproductos nocivos, y reducir el consumo de energía.

Para hacer esto, El científico asociado del Laboratorio Ames, Long Qi, utilizó una herramienta recientemente desarrollada, llamada espectroscopia de resonancia magnética nuclear de giro de ángulo mágico operando (operando MAS-NMR), y lo aplicó a reacciones catalíticas en tiempo real a alta presión. De este modo, Qi pudo mapear la actividad compleja que se desarrolla a medida que un catalizador transforma y reordena las moléculas.

"No son solo una, dos o tres moléculas. En este experimento, identificamos seis especies intermedias, dos productos principales, y 10 pasos de transformación, y ese nivel de complejidad es una característica de estas redes ", dijo Qi." La información que obtuvimos en este trabajo es muy útil para lograr una mayor productividad de estas complejas redes de reacción ".

"El problema con las investigaciones tradicionales de catálisis es que vemos lo que ponemos al principio y vemos lo que sacamos al final, pero lo que está pasando en el medio es el eslabón perdido, "dijo Wenyu Huang, un científico de la División de Ciencias Químicas y Biológicas del Laboratorio Ames, que realiza investigaciones en las áreas de catálisis heterogénea utilizando compuestos intermetálicos (IMC), y armazones organometálicos (MOF). "En este trabajo, demostramos que comprender estos pasos intermedios es la clave para poder ajustar estos procesos para lograr los productos finales deseados ".

El equipo trazó un mapa de un sistema catalítico que es de interés porque sus productos se pueden utilizar como componentes clave de productos farmacéuticos o en tecnologías de almacenamiento de hidrógeno. Con el conocimiento adquirido por el mapeo operando MAS-NMR, pudieron seleccionar la producción de tetrahidroquinolina o quinolina fuera de la reacción agregando un catalizador adicional para actuar en un paso crítico controlado cinéticamente, con agua como único subproducto.

"La idea de que podemos cambiar productos para la síntesis bajo demanda es un concepto nuevo, ", dijo Qi." La implicación para la investigación es que podemos evitar la experimentación prolongada de prueba y error. Para la industria, tiene el potencial de agilizar la producción y reducir los costos ".

La investigación se analiza con más detalle en el documento, "Descifrando una red de reacción para la producción conmutable de tetrahidroquinolina o quinolina con catalizadores en tándem de Pd compatibles con MOF, " publicado en Catálisis ACS .