Los químicos que trabajan en una variedad de industrias y campos generalmente pasan por un proceso laborioso para medir y mezclar reactivos para cada reacción que realizan. Y muchos de los reactivos comunes que usan se sientan durante meses o años en las estanterías de los laboratorios, donde pueden reaccionarcon oxígeno y agua en la atmósfera, haciéndolos inútiles.
En un artículo publicado esta semana en Naturaleza los investigadores del MIT describen una técnica que podría ayudar a evitar este costoso desperdicio y reducir en gran medida la cantidad de pasos que un químico debe realizar para preparar compuestos comunes para su uso en una amplia gama de transformaciones químicas.
Aaron C. Sather, el autor principal del artículo, es un postdoctorado en el laboratorio de Stephen Buchwald, el Profesor de Química Camille Dreyfus. Él y sus colegas han aprovechado el poder de una tecnología pequeña y simple que podría transformar la mesa de trabajopráctica de química orgánica: la cápsula.
Algunos laboratorios usan lo que se conoce como una "caja de guantes", un recipiente inerte que permite a los investigadores manipular reactivos en un ambiente controlado, aislado del oxígeno, dióxido de carbono y agua en el aire ambiente. Pero muchos laboratorios en la industria y la academiano tiene cajas de guantes porque son caras de mantener y ocupan un espacio precioso, dice Sather. Como resultado, muchos químicos evitan realizar ciertas reacciones útiles, pero complicadas, porque requieren una caja de guantes.
Muchos reactivos y catalizadores no se usan simplemente debido a este inconveniente. Además, para un químico de banco que trabaja en ciencia de materiales o productos farmacéuticos, realizar la compleja secuencia de pasos para preparar ciertos compuestos puede ser poco familiar y oneroso.
"Si puede tomar los reactivos del estante y lograr que la reacción funcione sin esa experiencia o una guantera, es mucho más accesible", dice Sather.
vehículos de entrega de parafina
Sobre la base del trabajo anterior de Douglass Taber en la Universidad de Delaware, los investigadores trataron de dispersar mezclas de reactivos en cera de parafina fundida, que se ha demostrado que protege los compuestos sensibles al oxígeno y al agua durante largos períodos de tiempo. Pero comomaterial enfriado, ciertos reactivos densos, como el fluoruro de cesio, se depositarían en el fondo.Los científicos decidieron intentar hacer pequeñas cápsulas de parafina, lo que permite estimaciones precisas de los contenidos para usar con un solo uso.
"Pensamos que si pudiéramos encerrar múltiples reactivos [y] catalizadores de alguna manera y realmente saber cuánto invertimos", dice Sather, "podríamos simplificar drásticamente la síntesis química con estas cápsulas de un solo uso".
Las propiedades físicas de la parafina lo hacen ideal como vehículo de entrega para todo tipo de compuestos químicos. "Queríamos algo que fuera inerte, un hidrocarburo de cadena larga", dice Sather, "que no tendría reacciones secundarias competitivas tanto con el catalizador como con los reactivos".Es en gran medida no reactivo. La parafina es increíblemente barata, agradable y fácil de trabajar. La parafina no recoge agua, es como grasa ".
Al calentar, la cápsula de parafina se funde / disuelve en el disolvente de reacción, liberando su contenido. Después de que la reacción finaliza, la parafina se puede eliminar mediante precipitación, filtración y cromatografía.
Sather y los coautores Hong Geun Lee y James Colombe hicieron las cápsulas a mano, usando una varilla de agitación de vidrio para hacer las conchas huecas. Luego las llenaron con reactivos secos y usaron una espátula de metal caliente para derretir la cera y sellarLas cápsulas resultantes parecen versiones ligeramente más grandes de las cápsulas de gel que se venden sin receta en cualquier farmacia.
El equipo aplicó la tecnología de cápsula de parafina a una variedad de reacciones, enfocándose en combinaciones que son de amplia aplicación e interés en diferentes campos, desde la fabricación de sensores hasta la fabricación de productos farmacéuticos. Como ejemplo, los investigadores combinaron un catalizador sensible al oxígeno con cesiofluoruro en cápsulas. Realizaron las mismas reacciones usando estas cápsulas, y luego en una guantera, y lograron resultados similares para ambos enfoques.
Un proceso radicalmente simplificado
Irónicamente, para preparar este sistema "sin guantera", el grupo tuvo que usar una guantera para hacer las cápsulas. Pero todo el proceso de producción podría mecanizarse fácilmente, dice Sather, creando un bajo costo,alternativa ampliamente accesible a las cajas de guantes. Las empresas pueden vender cápsulas huecas para que los químicos se carguen o venderlas previamente medidas y precargadas.
Una vez que se hicieron, las cápsulas simplificaron drásticamente la química de la mesa de trabajo. "En lugar de pesar múltiples reactivos y catalizadores, estás agregando una cápsula y pesando uno o dos compuestos", señala Sather. "Es realmente rápido, especialmentepara las personas que quieren hacer muchas moléculas "
Las cápsulas también demostraron ser duraderas. Los investigadores tomaron cápsulas llenas de fluoruro de cesio, que es muy sensible al agua, y las sumergieron en agua durante la noche. Al día siguiente las sacaron y las secaron con una toalla de papel.y los usé en una reacción.
"El resultado fue el mismo", dice Sather. "Nos dijo que están completamente sellados. En términos de protección de compuestos sensibles al agua dentro de estas cápsulas, el potencial es enorme".
Sather dice que el uso más amplio de esta técnica podría extender en gran medida la vida útil de los productos químicos comunes. Para demostrar esto, él y sus colegas prepararon cápsulas que contienen múltiples catalizadores activados por bases, junto con bases fuertes, todo mezclado en estado sólido.
"Todavía estaban bien después de ocho meses en el banco, mezclados dentro de la cápsula", dice Sather. "No hubo descomposición. Y no se almacenaron de ninguna manera especial, solo se colocaron en un recipiente de plástico".
Los investigadores tuvieron un éxito similar en un experimento realizado con un reactivo que se degradaría en horas si se exponía al aire; después de más de un año de almacenamiento en el estante en forma de cápsula, no hubo degradación.
Sather está muy entusiasmado con el potencial de esta tecnología para hacer que el trabajo de los químicos sea más eficiente, y para ampliar el acceso a reacciones exigentes pero útiles al superar las molestias y el tedio asociados con las cajas de guantes.
"Con todas las reacciones que desarrollamos en este laboratorio", dice Sather, "tenemos en cuenta al profesional. Si es realmente difícil de hacer, nadie lo va a usar. Realmente queremos que la gente use la química con la que trabajamos".tan difícil de desarrollar "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por Jonathan Mingle. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :