Las reacciones dominó ocurren cuando la transformación de un grupo químico estimula la reacción de otro grupo unido u otra molécula, lo que genera un rápido efecto en cadena a través del sistema, como una fila de fichas de dominó que caen. Investigadores de la Universidad de Hokkaido han logrado el primer ejemplo de reacción dominó en la rama de la química llamada química redox.
El artículo se publica en la revista Angewandte Chemie International Edition. .
El término redox proviene de "reducción", que se refiere a la ganancia de electrones, y "oxidación", que se refiere a la pérdida de electrones. Las reacciones redox son, por tanto, procesos de transferencia de electrones.
"El problema de lograr reacciones dominó en procesos redox es que la transferencia de electrones, especialmente la transferencia de múltiples electrones, produce especies cargadas eléctricamente cuyas interacciones electrostáticas pueden inhibir cambios adicionales", dice el químico Yusuke Ishigaki del equipo de Hokkaido.
Para superar los obstáculos, los investigadores diseñaron una molécula de dos partes que sufre un cambio estructural significativo cuando una parte se convierte entre sus estados eléctricamente neutro (reducido) y cargado positivamente (oxidado). Este cambio estructural transmite un efecto químico a la otra parte de la molécula que hace más probable su propia oxidación.
La molécula que diseñaron consta de dos unidades activas redox relativamente grandes conectadas por un enlace flexible no plano formado por átomos de azufre. Cuando una de las unidades emparejadas pierde electrones (se oxida), adquiere dos cargas positivas que actúan como disparador y hacen que la otra parte de la molécula gire alrededor del núcleo. Un cambio en el estado de los electrones en esta forma retorcida desde la forma plegada inicial facilita que se produzca el proceso de oxidación en el grupo vecino, logrando el efecto dominó.
El desencadenamiento inicial de la reacción puede iniciarse mediante un aumento de temperatura, lo que ofrece un medio de control. Aunque este efecto sólo se ha demostrado hasta ahora dentro de una molécula de dos partes, los investigadores sugieren que eventualmente podría usarse para transmitir transformaciones redox en forma de ondas en moléculas mucho más grandes con muchas de las unidades "dominó" unidas entre sí.
Las aplicaciones del descubrimiento podrían estar en un futuro lejano, pero claramente existen algunas posibilidades generales. Las transformaciones eléctricas y estructurales que viajan a través de cadenas moleculares podrían convertirse en partes móviles a nanoescala de sistemas de computación química y sensores, por ejemplo. También existen posibles aplicaciones en los nuevos sistemas de baterías necesarios para respaldar la transición en curso hacia tecnologías de energía eléctrica renovable.
"El control que ofrecen la calefacción y la refrigeración podría utilizarse en muchos campos para crear nuevos materiales con propiedades electrónicas intercambiables, especialmente aquellas que implican transferencia multielectrónica", afirma Ishigaki.
"Fue muy desafiante, pero también muy satisfactorio, demostrar lo que nadie había logrado antes, y ahora esperamos avanzar hacia sistemas más grandes y complejos que impliquen una mayor transferencia de electrones", concluye Ishigaki.
Más información: Takashi Harimoto et al, Reacción domino‐redox inducida por un cambio conformacional desencadenado electroquímicamente, Edición internacional Angewandte Chemie (2023). DOI:10.1002/anie.202316753
Información de la revista: Edición internacional Angewandte Chemie
Proporcionado por la Universidad de Hokkaido
