Entender la aromaticidad en la catálisis para desbloquear nuevas oportunidades
"Nuestro descubrimiento no consiste en identificar un nuevo o mejor catalizador para una reacción conocida, sino en abrir un nuevo campo para nuevas oportunidades ilimitadas en el futuro"
La aromaticidad, un concepto que suele utilizarse para explicar la sorprendente estabilidad y la inusual reactividad de ciertas moléculas basadas en el carbono, podría inspirar el diseño de nuevos catalizadores con usos novedosos, según han demostrado investigadores de la KAUST.
Imagen simbólica
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Los químicos descubrieron por primera vez el comportamiento anómalo de las moléculas aromáticas en el siglo XIX al estudiar el benceno. La inesperada estabilidad de esta estructura cíclica de seis carbonos se debe a sus electrones.
En general, los electrones de enlace mantienen un par específico de átomos juntos en un enlace químico discreto. Pero en el benceno, los seis electrones forman un anillo deslocalizado en la molécula. Una gran cantidad de otras moléculas comparten esta característica. "Muchos ejemplos clásicos de reactividad orgánica y organometálica pueden explicarse sobre esta base", afirma Théo Gonçalves, investigador del laboratorio de Kuo-Wei Huang. "Pero aunque el concepto es bien conocido, las aplicaciones químicas prácticas de la aromaticidad son limitadas", añade.
Un área de aplicación práctica es el campo de la catálisis. El grupo de Huang ha desarrollado recientemente una familia inusual de catalizadores llamados complejos de pinza PN3(P). En la mayoría de los catalizadores, el ion metálico central es donde se produce toda la ruptura y creación de enlaces. En los complejos PN3(P), los ligandos de pinza que rodean al metal también pueden participar activamente en el proceso catalítico. "Nuestra plataforma de ligandos PN3(P) permite aplicaciones catalíticas más allá de los sistemas convencionales en los que el metal es el centro de la reactividad", afirma Huang.
Al estudiar el comportamiento catalítico de los complejos de pinza, el equipo demostró que durante la catálisis se forma transitoriamente una estructura de anillo de seis miembros y que la aromaticidad entra en juego. "Hemos aportado pruebas sólidas de que durante el ciclo catalítico, nuestra catálisis se beneficia de la energía adicional procedente de la aromatización del anillo", afirma Gonçalves. "Si se ajusta el grado de aromatización, se ajustará suavemente el resultado de la reacción".
La familia de pinzas PN3(P) posee un alto rendimiento catalítico para reacciones como la producción selectiva de hidrógeno a partir del ácido fórmico para reducir el dióxido de carbono (CO2) y para formar ésteres e iminas. Pero el verdadero valor de la investigación podría provenir de los nuevos conocimientos que genera sobre el papel de la aromaticidad en la catálisis, y los nuevos horizontes que se abren como resultado. "Antes de nuestro trabajo, la importancia de la aromaticidad no se destacaba en este campo", dice Gonçalves. "Comprender fundamentalmente la aromatización y la desaromatización permitirá rediseñar los catalizadores para obtener un mejor rendimiento y quizás una reactividad novedosa".
"Nuestro descubrimiento no consiste en identificar un nuevo o mejor catalizador para una reacción conocida, sino en abrir un nuevo campo para nuevas oportunidades ilimitadas en el futuro", añade Huang.
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