El perfume, el alcohol isopropílico, un medicamento para el colesterol e incluso los procesos biológicos dependen de un proceso químico llamado reacción aldólica. La reacción combina principalmente compuestos para formar enlaces carbono-carbono, que son increíblemente fuertes y proporcionan estabilidad a la molécula.

Los grupos de catalizadores hechos de aluminio y oxígeno normalmente ayudan a acelerar esta reacción, pero los grupos que también incluyen elementos de tierras raras podrían ofrecer propiedades más deseables y sinérgicas, según un equipo de investigadores con sede en China.

El equipo desarrolló tres de estos grupos, cada uno de los cuales produjo un rendimiento real de al menos el 74 % y hasta el 86 % de los productos finales potenciales teóricos, que se consideran buenos en entornos prácticos, como un laboratorio. Publicaron sus resultados en Polyoxometalates .

"En química orgánica, la reacción aldólica es uno de los métodos más importantes para la formación de enlaces carbono-carbono", dijo el autor correspondiente Wei-Hui Fang, profesor de investigación del Laboratorio Estatal Clave de Química Estructural del Instituto de Investigación de Fujian sobre la Estructura de la Materia, Academia China de Ciencias. "Hasta ahora, se han utilizado muchos catalizadores en reacciones aldólicas, pero los clusters se han utilizado menos en este sentido."

Los grupos comprenden átomos unidos y son más grandes que una molécula pero más pequeños que un material sólido a granel. Los grupos catalíticos convencionales, conocidos como complejos homometálicos, están hechos con aluminio y oxígeno o elementos de tierras raras. Sin embargo, según Fang, los complejos heterometálicos que combinan los dos son mucho más raros, a pesar de las propiedades que permitirían que los dos componentes funcionen mejor juntos.

"Los compuestos heterometálicos pueden dar lugar a propiedades sinérgicas emergentes, pero siguen siendo relativamente inexplorados debido a los complicados sistemas de reacción que contienen más de tres componentes, incluidos dos metales más enlazadores", afirmó Fang.

Fang y su equipo desarrollaron previamente un método para producir anillos moleculares de aluminio cargados con iones de lantánidos individuales, que son una clase de elementos de tierras raras conocidos como metales ligeros. Descubrieron que al aumentar la cantidad de aluminio y iones de lantánidos, podían producir un compuesto de racimo puro con estructura cristalina. Al cambiar la cantidad y el tipo de iones lantánidos (cerio, praseodimio o neodimio), produjeron los tres grupos heterometálicos.

"Empleamos hidrólisis parcial controlada por ligando para producir estos grupos en forma de sombrero", dijo Fang. Este proceso implica el uso de agua para romper las moléculas en componentes más pequeños que pueden reorganizarse en diferentes complejos. Los ligandos, o iones unidos a un átomo, pueden ayudar a controlar el proceso al prevenir ciertas disociaciones. "Su disposición única para compartir de vértice a borde no ha sido reportada ni en cúmulos de oxo de aluminio ni de tierras raras".

La disposición de compartir se refiere a cómo se unen las moléculas, con bordes y vértices emparejándose de tal manera que los grupos parecen sombreros. Los investigadores utilizaron diversas técnicas de análisis químico y de imágenes para caracterizar los grupos. Luego probaron qué tan bien cada uno aceleraba una reacción aldólica con acetona. A 60°C y después de 48 horas, el racimo con cerio produjo un rendimiento del 86%, lo que Fang calificó como un resultado "excelente". El grupo con praseodimio tuvo un rendimiento del 84 % y el grupo con neodimio tuvo un rendimiento del 74 %.

"Se puede ver que la combinación heterometálica de aluminio y el sistema de tierras raras produce un tipo de estructura completamente diferente de los dos sistemas prístinos", dijo Fang. "Prevemos que la hidrólisis parcial controlada por ligando seguirá siendo eficaz en la síntesis heterometálica".

Más información: Xiao-Yu Liu et al, agrupaciones tetraméricas cubanas de Al 9Ln 7 (Ln =Ce, Pr, Nd) como catalizadores de adición de aldol, polioxometalatos (2023). DOI:10.26599/POM.2023.9140045

Proporcionado por Tsinghua University Press