Los investigadores de Princeton han desarrollado una nueva reacción química que rompe el enlace más fuerte en una molécula en lugar del más débil, invirtiendo completamente la norma para las reacciones en las que los enlaces se dividen uniformemente para formar intermedios reactivos.
Publicado el 13 de julio en el Revista de la Sociedad Americana de Química , la reacción no convencional es una prueba de concepto que permitirá a los químicos acceder a compuestos que normalmente están fuera de los límites de esta vía. El equipo utilizó un sistema de catalizador de dos componentes que funciona en conjunto para activar selectivamente el enlace más fuerte enla molécula, un enlace nitrógeno-hidrógeno NH a través de un proceso conocido como transferencia de electrones acoplados a protones PCET.
"Esta química de PCET fue realmente interesante para nosotros. En particular, la idea de que puede usar catalizadores para modular una propiedad intrínseca de una molécula le permite acceder al espacio químico que de otro modo no podría", dijo Robert Knowles, asistenteprofesor de química que dirigió la investigación.
El uso de PCET como una forma de romper enlaces fuertes se ve en muchos sistemas biológicos esenciales, incluida la fotosíntesis y la respiración, dijo. Aunque este fenómeno es conocido en entornos de química biológica e inorgánica, no se ha aplicado ampliamente para hacer nuevas moléculas... algo que Knowles espera cambiar.
Dado el estado inexplorado de la catálisis PCET, Knowles decidió recurrir a la teoría en lugar del enfoque de ensayo y error que suelen tomar los químicos sintéticos en las etapas iniciales del desarrollo de la reacción. Utilizando una fórmula matemática simple, los investigadores calcularon, para cualquier par decatalizadores, la "fuerza de enlace efectiva" combinada del par, que es la fuerza del enlace más fuerte que podrían romper. Debido a que ambas moléculas contribuyen independientemente a este valor, el equipo de investigación tenía un alto grado de flexibilidad en el diseño del sistema catalítico.
Cuando probaron los pares de catalizadores en el laboratorio, los investigadores observaron una sorprendente correlación entre la "fuerza de unión efectiva" y la eficiencia de la reacción. Si bien las fuerzas de unión efectivas que fueron más bajas o más altas que la fuerza de unión NH objetivo dieron bajos rendimientos de reacción,los investigadores encontraron que igualar las fortalezas promovió la reacción con un rendimiento muy alto.
"Ver que esta fórmula realmente funcionaba fue realmente inspirador", dijo Gilbert Choi, un estudiante graduado en el laboratorio de Knowles y autor principal del trabajo. Una vez que identificó un sistema catalizador exitoso, exploró el alcance de la reacción y su mecanismo.
Los investigadores creen que la reacción comienza con uno de los catalizadores, un compuesto llamado dibutilfosfato, que tira de un átomo de hidrógeno, que alarga y debilita el enlace NH. Al mismo tiempo, el otro catalizador, conocido como iridio activado por luzcomplejo, apunta al enlace debilitado y arranca un electrón del enlace de dos electrones, cortándolo por la mitad.
Una vez que el enlace se divide, el nitrógeno reactivo intermedio pasa a formar un nuevo enlace carbono-nitrógeno, dando lugar a productos estructuralmente complejos. Este hallazgo se basa en el trabajo que el laboratorio Knowles publicó a principios de este año también en el Journal of the American ChemicalSociedad en una reacción similar que usó un sistema catalítico más sensible.
Su investigación ha establecido una base sólida para la catálisis PCET como una plataforma para desarrollar nuevas reacciones. "Mi opinión sincera es que las ideas son mucho más valiosas que las reacciones", dijo Knowles. "Estoy optimista de que las personas puedan usar estas ideas".y hacer cosas que ni siquiera habíamos considerado "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Princeton . Original escrito por Tien Nguyen. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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