Los científicos de la Universidad de Toronto han encontrado una manera de hacer que la catálisis el uso de catalizadores para facilitar las reacciones químicas sea más selectiva, rompiendo un enlace químico 100 veces más rápido que otro. Los hallazgos se describen en un estudio publicado en Comunicaciones de la naturaleza .
El equipo de investigadores, dirigido por el químico John Polanyi, ganador del Premio Nobel, empleó una combinación de experimento y teoría para descubrir que la posición de la molécula en la superficie catalítica es un factor clave para determinar la velocidad a la que se rompen enlaces particulares.
"Descubrimos que el posicionamiento microscópico de la molécula en relación con la superficie catalítica de abajo, hacía que el catalizador fuera altamente específico de enlace", dice Polanyi, profesor universitario en el Departamento de Química de la U de T. "Cuanto más cercana es la alineación de laenlaces de la molécula a las filas de átomos en el catalizador, más selectiva era la reacción ".
Los científicos investigaron una reacción química que implicaba romper los enlaces carbono-yodo en la molécula orgánica yodobenceno, por medio de cobre metálico, un catalizador común. La reacción fue iniciada por un electrón procedente de la punta de un microscopio, que adjuntósí mismo al yodobenceno.
"Observamos una aceleración en la reactividad de los enlaces carbono-yodo cuando esos enlaces se alineaban a lo largo de filas de átomos de cobre en el catalizador, en comparación con los enlaces alineados a lo largo de las filas de cobre", dice Kelvin Anggara, candidato a doctoradoen el grupo de investigación de Polanyi y autor principal del estudio.
"La superficie de cobre actuó con más fuerza en los enlaces que estaban cerca que en los que estaban más lejos", dice Anggara. "Vimos diferencias de 100 veces en la reactividad entre los enlaces que apuntan en direcciones específicas en el catalizador".
El experimento podría explicarse mediante un modelo matemático desarrollado por los investigadores en los últimos años, que les permitió producir una película generada por computadora de los movimientos de los átomos involucrados en la ruptura de enlaces en la superficie del cobre.la película que reveló la razón por la que el cobre catalizó los enlaces a lo largo de sus filas en lugar de los enlaces a través de las filas.
"Los átomos de cobre a lo largo de las filas estaban ligeramente más juntos, aproximadamente el diámetro de un solo átomo, que los átomos a lo largo de las filas", dice Anggara. "Este espaciamiento más cercano promovió la ruptura de los enlaces que se encuentran a lo largo de las filas".
El método tiene sus raíces en el estudio de las reacciones químicas que tienen lugar en la superficie de materiales sólidos que ha guiado a Polanyi y sus colegas durante décadas. Después de recibir el Premio Nobel de Química en 1986 por observar los movimientos moleculares en las reacciones químicas que ocurrenen gases, Polanyi comenzó a estudiar las reacciones de moléculas individuales que se encuentran en superficies catalíticas bien definidas.
Polanyi dice que los científicos apenas están comenzando a comprender cómo funciona la catálisis y que el cambio hacia la química verde hace que conocer tanto como sea posible sobre los catalizadores y cómo reducen los desechos causados por reacciones químicas sea más importante que nunca.
"El desafío para el futuro será fabricar catalizadores metálicos que incorporen patrones atómicos que aceleren las reacciones químicas a lo largo de las vías que conducen a los productos deseados", dijo Polanyi. "Los avances recientes en la construcción de superficies, átomo por átomo, se prestana la fabricación de tales catalizadores de ingeniería. Ahora estamos un poco más cerca de eso, ya que comenzamos a comprender qué patrones de átomos hacen los mejores catalizadores ".
Los hallazgos se informan en el estudio "Selectividad de enlace en la reacción inducida por electrones debido al retroceso dirigido en un sustrato anisotrópico". El apoyo para la investigación fue proporcionado por el Consejo de Investigación de Ciencias Naturales e Ingeniería de Canadá, U of T NSERC General ResearchFund y la Connaught International Scholarship for Doctoral Studies. Los cálculos se realizaron en la supercomputadora SciNet HPC Consortium en U of T.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Toronto . Original escrito por Sean Bettam. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
Referencia de la revista :
cite esta página :