23.04.2020 - Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

El catalizador de titanio permite reacciones con la ayuda de la luz verde

Alternativa económica y no tóxica a los catalizadores de rutenio e iridio utilizados hasta ahora

Por primera vez, químicos de la Universidad de Bonn y de la Universidad de Lehigh en Belén (EE.UU.) han desarrollado un catalizador de titanio que hace que la luz sea utilizable para reacciones químicas selectivas. Proporciona una alternativa rentable y no tóxica a los catalizadores de rutenio e iridio utilizados hasta ahora, que se basan en metales muy caros y tóxicos. El nuevo catalizador puede ser utilizado para producir productos químicos altamente selectivos que pueden proporcionar la base para drogas antivirales o tintes luminiscentes, por ejemplo.

Los electrones de las moléculas químicas son reacios a llevar una sola vida; normalmente se presentan en pares. Entonces son particularmente estables y no tienden a forjar nuevas asociaciones en forma de nuevos vínculos. Sin embargo, si algunos de los electrones son llevados a un nivel de energía más alto con la ayuda de la luz (fotones), las cosas comienzan a verse diferentes cuando se trata de esta "monogamia": En un estado tan excitado, a las moléculas les gusta donar o aceptar un electrón. Esto crea los llamados "radicales", que tienen electrones, son altamente reactivos y pueden ser usados para formar nuevos enlaces.

Irradiación con luz verde

El nuevo catalizador se basa en este principio: En su núcleo se encuentra el titanio, que está conectado a un anillo de carbono en el que los electrones son particularmente móviles y pueden ser fácilmente excitados. La luz verde es suficiente para utilizar el catalizador para la transferencia de electrones para producir intermediarios orgánicos reactivos que de otra manera no son fáciles de obtener. "En el laboratorio, irradiamos un matraz de reacción que contiene el catalizador de titanio que puede verse como un 'tinte rojo' con luz verde", informa el Prof. Dr. Andreas Gansäuer del Instituto Kekulé de Química Orgánica y Bioquímica de la Universidad de Bonn. "Y funcionó de inmediato". La mezcla genera radicales a partir de moléculas orgánicas que inician muchos ciclos de reacción a partir de los cuales se puede producir una amplia variedad de productos químicos.

Un factor clave en las reacciones con este catalizador foto-redox es la longitud de onda de la luz utilizada para la irradiación. "La radiación ultravioleta no es adecuada porque es demasiado rica en energía y destruiría los compuestos orgánicos", dice Gansäuer. La luz verde de las lámparas LED es lo suficientemente suave y rica en energía como para desencadenar la reacción.

Los catalizadores son sustancias que aumentan la velocidad de las reacciones químicas y reducen la energía de activación sin consumirse ellos mismos. Esto significa que están disponibles de forma continua y pueden desencadenar reacciones que de otro modo no se producirían en esta forma. El catalizador puede adaptarse a los productos deseados dependiendo de la molécula orgánica con la que está unido el titanio.

Los bloques de construcción para los medicamentos antivirales o los tintes luminiscentes

El nuevo catalizador de titanio facilita las reacciones de los epóxidos, un grupo de sustancias químicas a partir de las cuales se fabrica la resina epoxídica. Estos se utilizan como adhesivo o para compuestos. Sin embargo, los científicos no apuntan a este producto de masa, sino a la síntesis de productos químicos finos mucho más valiosos. "Los catalizadores foto-reductores a medida basados en titanio pueden utilizarse, por ejemplo, para producir bloques de construcción para fármacos antivirales o tintes luminiscentes", dice Gansäuer. Confía en que estos nuevos catalizadores proporcionen una alternativa rentable y más sostenible a los catalizadores de rutenio e iridio utilizados hasta ahora, que se basan en metales muy caros y tóxicos.

El desarrollo es un esfuerzo de colaboración internacional por parte de Zhenhua Zhang, Tobias Hilche, Daniel Slak, Niels Rietdijk y Andreas Gansäuer de la Universidad de Bonn y Ugochinyere N. Oloyede y Robert A. Flowers II de la Universidad de Lehigh (EE.UU.). Mientras que los científicos de la Universidad de Bonn investigaban cómo los compuestos deseados podían sintetizarse mejor con el nuevo catalizador, sus colegas de los EE.UU. realizaron mediciones para comprobar las vías de reacción. "El fenómeno de la luminiscencia realmente abre un espacio interesante para considerar el diseño de nuevas reacciones sostenibles que procedan a través de intermediarios de radicales libres", dice el Prof. Robert Flowers de la Universidad de Lehigh.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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