01.11.2019 - Northwestern University

La luz visible y los catalizadores de nanopartículas producen moléculas bioactivas deseables

Un simple método fotoquímico aprovecha la mecánica cuántica

Los químicos de la Universidad de Northwestern han utilizado luz visible y nanopartículas extremadamente diminutas para fabricar rápida y simplemente moléculas que son de la misma clase que muchos compuestos de plomo para el desarrollo de medicamentos.

Impulsados por la luz, los catalizadores de nanopartículas realizan reacciones químicas con productos químicos muy específicos, moléculas que no sólo tienen las fórmulas químicas adecuadas, sino que también tienen disposiciones específicas de sus átomos en el espacio. Y el catalizador puede ser reutilizado para reacciones químicas adicionales.

Las nanopartículas semiconductoras se conocen como puntos cuánticos, tan pequeños que sólo tienen unos pocos nanómetros de diámetro. Pero el tamaño pequeño es la potencia, lo que proporciona al material unas propiedades ópticas y electrónicas atractivas que no son posibles en escalas de longitud mayores.

"Los puntos cuánticos se comportan más como moléculas orgánicas que como nanopartículas de metal", dijo Emily A. Weiss, que dirigió la investigación. "Los electrones son apretados en un espacio tan pequeño que su reactividad sigue las reglas de la mecánica cuántica. Podemos aprovechar esto, junto con el poder de las plantillas de la superficie de las nanopartículas".

Este trabajo, publicado recientemente por la revista Nature Chemistry, es el primer uso de la superficie de una nanopartícula como plantilla para una reacción impulsada por la luz llamada ciclocondición, un mecanismo sencillo para fabricar compuestos muy complicados y potencialmente bioactivos.

"Usamos nuestros catalizadores de nanopartículas para acceder a esta clase deseable de moléculas, llamadas ciclobutanos tetrasustituidos, a través de reacciones simples de un solo paso que no sólo producen las moléculas de alto rendimiento, sino con la disposición de los átomos más relevantes para el desarrollo de fármacos", dijo Weiss. "Estas moléculas son difíciles de fabricar de otra manera."

Weiss es el Profesor de Química Mark y Nancy Ratner en el Colegio de Artes y Ciencias de Weinberg. Se especializa en el control de procesos electrónicos impulsados por luz en puntos cuánticos y su uso para realizar química impulsada por luz con una selectividad sin precedentes.

Los catalizadores de nanopartículas utilizan la energía de la luz visible para activar moléculas en sus superficies y fusionarlas para formar moléculas más grandes en configuraciones útiles para aplicaciones biológicas. La molécula más grande entonces se separa fácilmente de la nanopartícula, liberando la nanopartícula para ser usada nuevamente en otro ciclo de reacción.

En su estudio, Weiss y su equipo utilizaron nanopartículas de tres nanómetros hechas del semiconductor seleniuro de cadmio y una variedad de moléculas de inicio llamadas alcenos en solución. Los alquenos tienen un núcleo de doble enlace carbono-carbono que son necesarios para formar los ciclobutanos.

  • Yishu Jiang et al.; "Regio- and diastereoselective intermolecular [2+2] cycloadditions photocatalysed by quantum dots"; Nature Chemistry; 2019

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