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Un equipo de la Universidad de Viena, dirigido por el químico Nuno Maulide, ha desarrollado un método innovador para controlar las reacciones químicas de forma más selectiva y eficaz.
La base es el concepto de "muestreo de cationes": grupos especialmente seleccionados (cetonas) funcionan en cierto sentido como señales moleculares para la migración aleatoria de cargas positivas, lo que permite que se produzcan reacciones en lugares de una molécula a los que antes era difícil acceder. El método permite modificar específicamente los enlaces carbono-hidrógeno (enlaces C-H). El estudio se publicó en la revista Journal of the American Chemical Society.
Las moléculas orgánicas constituyen la base de casi todos los procesos biológicos. Están formadas principalmente por carbono e hidrógeno, y los átomos de hidrógeno en particular son muy comunes en este tipo de moléculas. "Si se quieren alterar las propiedades de una molécula, a menudo hay que sustituir específicamente átomos de hidrógeno individuales", explica Philipp Spieß, antiguo estudiante de doctorado del grupo de Maulide y uno de los autores principales del estudio.
La modificación precisa de los enlaces C-H se considera, por tanto, uno de los retos clave de la química sintética moderna. Desempeña un papel importante en el desarrollo de nuevos fármacos, materiales funcionales y procesos químicos más eficientes.
"Imaginemos una molécula como una sarta de cuentas: las primeras cuentas son fáciles de contar, pero cuanto más atrás se va, más difícil resulta", explica Miloš Vavrík, estudiante de doctorado del grupo de Maulide y coautor del artículo. "Ocurre algo parecido con los átomos a lo largo de una cadena molecular: las posiciones cercanas son fáciles de alcanzar, las lejanas mucho más difíciles".
Aquí es precisamente donde entra en juego el nuevo método. Utiliza cargas positivas que viajan aleatoriamente a lo largo de la cadena molecular. "Las cargas no dirigidas son exploradas por un grupo funcional específico contenido en la molécula y se seleccionan con gran precisión", explica Nuno Maulide. "Esto significa que nuestro método interviene con precisión en el momento en que se alcanza la posición deseada, permitiendo reacciones en lugares que antes sólo eran accesibles con gran esfuerzo, o no lo eran en absoluto".
"Nuestro trabajo demuestra que los cationes no se comportan simplemente de forma incontrolada, sino que pueden controlarse específicamente", afirma Maulide. Lo más destacable es que los investigadores pueden determinar en qué parte de la molécula tiene lugar la reacción, simplemente controlando la temperatura de reacción.
"Por seguir con la imagen de la sarta de cuentas: podemos elegir específicamente qué cuenta se altera", dice Maulide. Esto abre nuevas posibilidades para la producción de moléculas complejas, desde principios activos farmacéuticos hasta materiales funcionales. Por otro lado, el método tampoco requiere de catalizadores complejos de metales de transición, que suelen ser necesarios en procesos comparables. A largo plazo, esto podría contribuir a que las síntesis químicas fueran más eficientes y sostenibles.
Los resultados presentados se derivan directamente del proyecto de investigación C-HANCE de Maulide, que ha recibido una subvención avanzada del ERC de la UE (la primera subvención avanzada en el campo de la química para la Universidad de Viena).
"El método aún está en pañales", afirma Maulide. "Pero abre una nueva vía para controlar con precisión las reacciones químicas utilizando cargas migratorias. Tiene un enorme potencial".
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