Crear nuevos compuestos químicos, como nuevos medicamentos, no es tan simple como ensamblar uno de esos modelos con bolas y palos de colores que quizás haya visto en una clase de química para principiantes. No, a menudo es un proceso complejo con muchos pasos y muchos participantes químicos, algunos de los cuales son tóxicos y peligrosos para el medio ambiente.

Una técnica utilizada en la síntesis química se llama transferencia de átomos de hidrógeno o HAT. Es una herramienta química potencialmente poderosa y versátil, pero las restricciones técnicas han limitado su uso. Ahora, los químicos de la Universidad de Utah, Scripps Research y sus colegas han tomado prestada una técnica de la química del almacenamiento de energía para lograr HAT con menos productos químicos y menos costo.

"HAT almacena el potencial para transformaciones increíblemente útiles", dice Samer Gnaim de Scripps Research, primer autor de un estudio que informa sobre los hallazgos de los investigadores. "Con la introducción de un concepto fundamentalmente nuevo, estos desafíos químicos pueden resolverse, estableciendo HAT como una herramienta accesible para la gran mayoría de los productos químicos orgánicos tanto en entornos industriales como académicos".

El estudio se publica en Nature .

"Este es un ejemplo clásico de la necesidad de centros multidisciplinarios que reúnan a químicos orgánicos, electroquímicos y científicos computacionales para abordar grandes problemas en la síntesis orgánica", dice Minteer, distinguido profesor de química.

Promesas y desafíos de HAT

HAT es un proceso que simplemente mueve un átomo de hidrógeno de una molécula a otra. Es útil para hacer uso de enlaces carbono-carbono no saturados, el enlace químico útil más común en química orgánica, para crear una amplia gama de enlaces nuevos, como enlaces carbono-carbono, carbono-oxígeno y carbono-nitrógeno. Todos esos son pasos importantes en la construcción de moléculas complejas. La creación de nuevos enlaces a partir de un doble enlace carbono-carbono se denomina "funcionalización".

"La funcionalización de tales enlaces es una estrategia atractiva para construir moléculas y lograr la complejidad molecular de manera eficiente", dice Gnaim.

Pero tan útil como es, HAT tiene sus inconvenientes. El simple proceso de mover un átomo de hidrógeno requiere productos químicos adicionales como oxidantes y reductores para crear un catalizador activo, un compuesto que ayuda a que la reacción avance. Los oxidantes y reductores se necesitan en grandes cantidades, lo que hace que sea poco práctico emplear HAT a gran escala y casi imposible de aplicar en procesos químicos industriales.

Información sobre el almacenamiento de energía

Mientras los químicos han estado lidiando con cómo mejorar HAT, los investigadores de almacenamiento de energía al mismo tiempo han estado desarrollando un proceso que puede ayudar. Almacenar energía en forma de hidrógeno implica convertir protones cargados positivamente en moléculas de hidrógeno con la ayuda de un catalizador de hidruro de cobalto. Es el mismo tipo de catalizador necesario para el proceso HAT.

Pero el campo del almacenamiento de energía ha podido construir catalizadores de hidruro de cobalto utilizando protones y electrones como sustitutos de oxidantes y reductores, un proceso químico completamente diferente para lograr el mismo producto final.

Entonces, Gnaim y sus colegas compararon cómo el proceso electroquímico se compara con la química HAT convencional al evaluar su desempeño en una amplia gama de reacciones de química orgánica. Los resultados fueron muy alentadores. Descubrieron que usar electroquímica para crear catalizadores de hidruro de cobalto era más sostenible y eficiente, e incluso hizo que el proceso fuera más preciso y ajustable.

Qué podemos hacer ahora

El proceso electroquímico ofreció otros beneficios. Podría realizarse en lotes pequeños o grandes, sin los complicados pasos de eliminar todo el aire o el agua del proceso y sin la necesidad de costosos oxidantes y reductores.

“Los químicos buscan continuamente expandir la reactividad química a nuevos espacios que permitan el descubrimiento de nuevas transformaciones que puedan mejorar los procesos de descubrimiento de nuevos fármacos”, dice Gnaim. "En nuestro caso, podemos acceder a nuevos motivos moleculares mediante el uso de sustancias baratas y respetuosas con el medio ambiente que se basan en el uso de reacciones HAT clásicas y nuevas transformaciones". + Explora más

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