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La tecnología desarrollada por investigadores de Rice University utiliza hierro, azufre y luz púrpura como alternativa a catalizadores basados en metales más costosos.
Un equipo de investigadores de Rice University (Houston, Texas, EE.UU), liderado por el químico Julian West, ha desarrollado un nuevo método para modificar moléculas orgánicas mediante la incorporación selectiva de átomos de carbono a dobles enlaces carbono-carbono. La estrategia, publicada en Nature Catalysis, utiliza hierro, azufre y luz púrpura y busca ofrecer una alternativa más económica y respetuosa con el medioambiente a determinados procesos catalíticos empleados actualmente en síntesis orgánica.
La incorporación de nuevos átomos de carbono a moléculas orgánicas constituye una transformación fundamental en química, especialmente en la preparación y modificación de compuestos utilizados en el desarrollo de medicamentos y otras moléculas de interés químico. Sin embargo, este tipo de reacciones puede requerir catalizadores basados en metales como el paladio, con un coste económico y ambiental superior.
El grupo de West ha partido de un sistema desarrollado anteriormente basado en hierro, azufre y luz, que permite activar determinados compuestos y unirlos a alquenos, moléculas que contienen un doble enlace entre dos átomos de carbono. Hasta ahora, esta metodología presentaba limitaciones para incorporar directamente carbono debido a la estabilidad de los enlaces carbono-carbono.
Para superar esta dificultad, los investigadores recurrieron a ácidos carboxílicos, compuestos ampliamente disponibles y de bajo coste. Mediante el empleo conjunto de dos ácidos carboxílicos, el equipo consiguió modificar temporalmente las propiedades electrónicas del carbono y hacerlo susceptible de participar en la reacción.
Con este cambio, y ajustando también la longitud de onda de la luz empleada, el sistema basado en hierro y azufre puede incorporar el carbono al doble enlace carbono-carbono seleccionado.
Una de las ventajas de la estrategia es precisamente el uso de reactivos accesibles y ampliamente disponibles, frente a determinados catalizadores basados en metales más caros. Una vez finalizada la reacción, el ácido carboxílico puede eliminarse mediante un lavado y el carbono recupera sus propiedades originales.
El procedimiento genera además una pequeña cantidad de dióxido de carbono como residuo, según los investigadores, que puede gestionarse de forma segura. El equipo destaca así el potencial de la metodología para desarrollar rutas de síntesis más sencillas y económicas.
"Nuestro trabajo consiste, en esencia, en ser arquitectos moleculares. En mi laboratorio, nos interesa especialmente utilizar bloques de construcción económicos y de fácil acceso para construir y modificar compuestos orgánicos", afirmó West, profesor adjunto de química y autor correspondiente de este estudio. "Ahora, hemos adaptado nuestro método económico y respetuoso con el medio ambiente para unir de forma precisa y específica un átomo de carbono a otros átomos de carbono, una reacción esencial para la síntesis de moléculas orgánicas".
La capacidad de incorporar carbono de forma selectiva a dobles enlaces abre nuevas posibilidades para construir y modificar moléculas orgánicas. Esta flexibilidad resulta especialmente relevante en química medicinal, donde la modificación de las estructuras moleculares permite explorar nuevos compuestos candidatos y estudiar sus propiedades.
"Nos dimos cuenta de que no podíamos manipular los átomos de carbono cuando compartían electrones armoniosamente", explicó Shih-Chieh Kao, antiguo doctorando de Rice y coautor principal de este compuesto. "Pero entonces pensamos: ¿y si pudiéramos, aunque solo fuera temporalmente, hacer que un átomo de carbono se comportara como el flúor? Así podríamos manipularlo".
El trabajo se enmarca en una línea de investigación orientada a desarrollar métodos de catálisis con materias primas accesibles y condiciones más sostenibles, con el objetivo de ampliar las herramientas disponibles para la síntesis de moléculas complejas.
"El carbono es el elemento básico de la química orgánica", afirmó West. "Este método nos permite construir una molécula orgánica de forma económica, sencilla y flexible. Además, abre nuevas vías para desarrollar y probar moléculas completamente nuevas, lo que podría ser la clave para descubrir los medicamentos del futuro".
El estudio, titulado Anti-Markovnikov alkene hydroalkylation via iron photocatalysis, está firmado por Shih-Chieh Kao, Kang-Jie Bian, Jess C. Tang y otros investigadores y ha sido publicado en Nature Catalysis en septiembre de 2026.
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