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Un grupo de químicos del Max-Planck-Institut für Kohlenforschung han resuelto un rompecabezas sintético que llevaban décadas investigando, al desarrollar un método práctico de dos pasos para la alquilación de alquenos mediante tiantirenación.
Este avance, publicado en la prestigiosa revista Nature, simplifica la síntesis de moléculas complejas y ofrece aplicaciones potenciales en el descubrimiento de fármacos, productos agroquímicos y ciencia de materiales.
"En el bachillerato aprendemos sobre la alquilación Friedel-Crafts de los arenos", explica Triptesh Kumar Roy, estudiante de doctorado del grupo de Ritter que ha participado en el estudio. "Aunque los alquenos tienen una energía de disociación del enlace C-H similar a la de los arenos, no existe un protocolo general para su alquilación C-H, ya que los alquenos prefieren las reacciones de adición a las de sustitución. Nuestro método proporciona acceso a alquenos sustituidos a partir de alquenos parentales simples, una transformación que tradicionalmente ha sido difícil de conseguir."
El equipo de investigación, dirigido por el Prof. Dr. Tobias Ritter, abordó esta limitación utilizando una estrategia de descarboxilación polar.
El protocolo utiliza ácidos carboxílicos estables como fuente de alquilo. Al convertir estos ácidos en ésteres redox-activos, los investigadores generaron intermedios de alquilzinc persistentes. Cuando se combina con sales de alquenil-tiantenio, una especialidad del laboratorio de Ritter, el método permite la formación controlada, regio- y diastereoselectiva de enlaces carbono-carbono.
"Para superar las limitaciones anteriores, diseñamos una estrategia de acoplamiento cruzado decarboxilativo polar que funciona de forma diferente a las vías radicales establecidas", afirmó el Prof. Dr. Tobias Ritter, Director del Max-Planck-Institut für Kohlenforschung. "Como los materiales de partida son comercialmente abundantes, los químicos sintéticos disponen de una herramienta versátil y práctica para probar nuevas combinaciones moleculares".
Este planteamiento admite una amplia gama de patrones de sustitución de alquenos, incluidos sustratos internos, cíclicos y trisustituidos que suelen ser difíciles de funcionalizar con los métodos existentes. "Al pasar de una vía radical transitoria a un múltiple polar controlado, el grupo ha establecido un enfoque retrosintético complementario para la funcionalización de alquenos", añadió Ritter.
El equipo espera que esta estrategia catalítica resulte útil tanto en laboratorios académicos como en la industria farmacéutica para el desarrollo de nuevas moléculas funcionales.
En otro orden de cosas, Max Planc Epiray ("epiray" significa epitaxia inducida por láser) -empresa emergente- ha presentado una nueva innovación basada en la vaporización de sustancias mediante láseres de alta potencia, con el objetivo de desarrollar nuevos materiales creados mediante capas ultrafinas.
Esta innovación constituye la base de nuevos avances en la tecnología de capas finas en campos como la computación cuántica y la fabricación de semiconductores.
"Nuestro desarrollo es una tecnología innovadora que tendrá una importancia crucial para las industrias del futuro", afirma Wolfgang Braun, CEO de epiray GmbH, al describir el concepto de negocio. La spin-off comercializa un novedoso concepto desarrollado en el MPI de Investigación del Estado Sólido de Stuttgart y llevado al mercado: Epitaxia Láser Térmica (TLE).
Se trata de una técnica de deposición de películas finas de gran pureza especialmente adecuada para la microelectrónica, una de las seis tecnologías clave de la Agenda de Alta Tecnología alemana. En lugar de bobinas de calentamiento, haces de iones o reacciones químicas complejas -que en la epitaxia térmica clásica producen capas cristalinas ultrafinas y conductoras-, en la TLE los láseres de alta potencia calientan el material de partida y el sustrato.
Dado que los rayos láser pueden generarse con prácticamente cualquier densidad de potencia, es posible alcanzar temperaturas arbitrariamente altas, lo que permite la vaporización de todos los elementos de la tabla periódica. Una animación en la página web del Instituto Max Planck de Investigación del Estado Sólido ilustra cómo se forma una heteroestructura capa a capa. Esta tecnología permite crear materiales completamente nuevos, todo ello en un único sistema espacialmente muy compacto.
Procesos de recubrimiento de alta precisión
Gracias al rápido desarrollo de la tecnología láser, se han abierto áreas y posibilidades completamente nuevas para las tecnologías de capa fina utilizadas en microelectrónica. Además de la alta temperatura, el proceso Max Planck también se diferencia de otros métodos en que permite la producción de materiales con una pureza ultraelevada.
"A diferencia de los métodos de epitaxia convencionales, nuestra TLE alcanza temperaturas de hasta 2.800 °C. Así, los láseres calientan el material con precisión milimétrica, pero no la zona que rodea la muestra", explica Hans Boschker, CTO y cofundador de epiray. "Esto da a la empresa una ventaja competitiva, ya que su tecnología no contamina, un argumento de venta único hasta la fecha".
epiray fabrica y vende sus propios sistemas TLE en Wernau am Neckar. Cuando la empresa surgió del Departamento de Electrónica Cuántica de Estado Sólido del MPI en 2021, su equipo estaba formado por tres investigadores. Desde entonces, el número de empleados ha aumentado a siete, en parte debido al establecimiento de una filial en EE.UU.
Actualmente están ampliando sus oportunidades de venta en Inglaterra y China. La base y el requisito previo para este desarrollo positivo fue el apoyo no burocrático y a medida proporcionado por la Sociedad Max Planck y el Instituto Max Planck para la Investigación del Estado Sólido en Stuttgart, donde se originó la idea en el Departamento Mannhart y se llevó a buen término. "Tenemos previsto seguir expandiéndonos y ahora estamos diseñando instalaciones de producción para la fabricación industrial de recubrimientos generados por TLE", afirma Braun. Esto parece trazar un camino claro para epiray, desde la investigación básica hasta la aplicación industrial.
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