Científicos del IBEC y de la UB resuelven un antiguo enigma químico

Investigadores del Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC), la Universidad de Barcelona (UB) y dos universidades en Australia han introducido una nueva forma de catalizar (acelerar) reacciones químicas mediante la aplicación de un campo eléctrico entre las moléculas reaccionantes. Esto abre la puerta a la fabricación de compuestos químicos típicamente utilizados en la producción en medicamentos y materiales industriales, de una manera más rápida y económica.
La reacción estudiada fue una reacción clásica, Diels-Alder, que se llevó a cabo entre dos nano-electrodos conteniendo las moléculas reactivas y bajo un campo eléctrico orientado en ambos.

“La teoría sugiere que muchas reacciones químicas, -y no solo reacciones redox (reacciones de transferencia de electrones), como a menudo se cree- podrían ser catalizadas mediante la aplicación de un campo eléctrico,” dice Ismael Díez-Pérez, investigador senior en el IBEC y profesor ayudante en la Universidad de Barcelona, quien dirigió el estudio que se ha publicado hoy en la revista Nature. “Hemos proporcionado por primera vez evidencia experimental de este suceso”.

Poder catalizar reacciones químicas es esencial, ya que de este modo se acelera la reacción, y por lo tanto, hace que sean más prolíficas y económicas en sus múltiples aplicaciones. La catálisis electrostática (usando campos eléctricos) es la forma menos desarrollada de la catálisis en química sintética, debido a que los efectos electrostáticos pueden ser fuertemente direccionales. Los investigadores en España y Australia resolvieron este problema mediante el uso de técnicas innovadoras basadas en microscopía de efecto túnel.

“Nuestro microscopio STM modificado nos permite la captura directa de moléculas individuales que reaccionan”, dice Albert C. Aragonès, estudiante de doctorado en el IBEC y la UB y el primer autor del estudio.

“Mediante el control de la orientación de las moléculas en relación con el campo eléctrico, hemos acelerado una reacción no-redox por primera vez”, añade Ismael.

“El uso de campos eléctricos externos como “catalizador” implica que se puede lograr la síntesis de moléculas que de otro modo no podrían llevarse a cabo de manera rentable en el laboratorio o en grandes instalaciones industriales”, agrega Nadim Darwish, investigador Marie-Curie en el IBEC y en la UB. “Esto abre las puertas hacia la nueva tecnología química”.

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Source paper: Albert C. Aragonès, Naomi L. Haworth, Nadim Darwish, Simone Ciampi, Nathaniel J. Bloomfield, Gordon G. Wallace, Ismael Diez-Perez & Michelle L. Coote (2016). Electrostatic catalysis of a Diels–Alder reaction, Nature