Reportaje
13/09/2021

Un espionaje molecular advierte de posibles complicaciones en los catalizadores de oro

  •  Campus de Valladolid
  •  Ciencias

Antonio Martín | UVadivulga

Un equipo investigador de la UVa profundiza en el uso de este metal precioso para procesos industriales farmacéuticos o de química fina

La Química ha experimentado en el siglo XXI una fiebre del oro. Grupos de investigación de todo el mundo se han lanzado a describir nuevas aplicaciones de este metal precioso a raíz de descubrimientos en las dos últimas décadas sobre su capacidad para catalizar determinadas reacciones químicas, lo que ha contribuido a mejorar procesos industriales en farmacia o química fina. Un equipo del Instituto Universitario CINQUIMA, de la Universidad de Valladolid (UVa), se ha fijado en esta ocasión en las complicaciones que pueden surgir en determinadas catálisis en la que está presente el elemento 79 de la tabla periódica haciendo uso de la resonancia magnética nuclear (RMN), una técnica de espionaje molecular.

Muchas reacciones químicas no se producen porque la barrera energética que habría que superar es excesivamente alta. Sin embargo, en presencia de un catalizador sí pueden tener lugar. Un catalizador es “una sustancia que acelera una reacción química y abre una nueva ruta para la obtención del producto deseado, sin ser consumido en el proceso”, según lo define Camino Bartolomé, miembro del Instituto de Investigación CINQUIMA de la UVa.

Una de las líneas desarrolladas por la unidad de investigación consolidada UIC176 a la que pertenecen los autores del artículo consiste en diseñar y estudiar el comportamiento de nuevos catalizadores de diferentes metales, entre ellos el oro, cuyo denominador común es que poseen un arilo fluorado enlazado al metal. En concreto, en un trabajo publicado recientemente han estudiado cómo se produce la transferencia de un resto orgánico, el arilo fluorado, entre dos átomos de oro utilizando varias herramientas habituales en el desarrollo de las líneas de investigación del CINQUIMA. La RMN, explica Bartolomé, “permite espiar a las moléculas, ver cómo se van transformando”. Como si fueran agentes secretos, los investigadores emplearon los núcleos de fluor de la estructura como sofisticada lupa. Además, la técnica de difracción de rayos X “nos ha permitido fotografiar los productos de esta reorganización”, indica la investigadora. “Hemos combinado todas estas observaciones con cálculos teóricos para poder entender esta reorganización observada sobre el oro”, prosigue.

“Lo más importante de este trabajo ha sido que hemos corroborado que la reorganización de arilos depende de la elección del disolvente y de otros detalles que en ocasiones no se dan importancia en muchas reacciones químicas catalizadas por metales de transición”, precisa la profesora titular de Química Inorgánica. El trabajo, por lo tanto, constituye una advertencia sobre posibles complicaciones en procesos donde interviene un catalizador metálico y más concretamente de oro. Los resultados de este estudio científico se han publicado en la revista científica Chemical Communications.

Las investigadoras del IU CINQUIMA Camino Bartolomé (izquierda) y Sara Fernández
© IU CINQUIMA - Damián Moreno | IU CINQUIMA. Las investigadoras del IU CINQUIMA Camino Bartolomé (izquierda) y Sara Fernández

El oro y otros metales

Aunque es considerado un valor refugio en economía, el empleo del oro como catalizador es para el sector productivo más asequible que el rodio o el paladio, y presenta ventajas respecto al cobre, una materia prima más disponible en la naturaleza y, por lo tanto, más barata. “Cuando a principios del siglo XXI se comienzan a publicar trabajos que demuestran la extraordinaria actividad del oro en procesos de formación de enlaces carbono-carbono, este metal se sitúa en un lugar fundamental en catálisis homogénea y síntesis orgánica”, subraya Bartolomé. “El oro es capaz de activar triples enlaces carbono-carbono selectivamente frente a otros metales, lo que hace que en algunas de estas transformaciones catalizadas sea el candidato perfecto”.

La unidad de investigación consolidada no solo trabaja con el oro en el diseño y preparación de nuevos catalizadores, sino también con otros metales como el paladio, el rodio, el iridio, el níquel y el cobre, todos de interés para la industria farmacéutica. Esta línea de investigación, codirigida por Pablo Espinet y Camino Bartolomé, forma parte del trabajo de fin de máster de Sara Fernández Moyano, y en él ha colaborado muy activamente Marconi Peñas (que actualmente disfruta de un contrato postdoctoral financiado por el Irish Research Council con un grupo puntero en Química Computacional) todos en ese momento miembros del CINQUIMA.

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Una disciplina mixta

El trabajo de investigación se sitúa dentro la Química Organometálica, una disciplina que actúa de nexo entre dos grandes ramas de la Química, la Orgánica y la Inorgánica. Fue el químico sueco Jöns Jacob Berzelius quien a principios del siglo XIX diferencia entre los de los compuestos los que contienen carbono, los orgánicos, y los que no, los inorgánicos. Ahora, las fronteras están más difusas. En la Química Organometálica se produce al menos un enlace entre un metal, más propio de la Química Inorgánica, y el carbono, base de la Química Orgánica.

Muestras de oro en el Instituto Universitario CINQUIMA

Bibliografía

Sara Fernández-Moyano,Marconi N. Peñas-Defrutos,Camino Bartolomé y Pablo Espinet, ‘Striking ligand-disproportionative Cl/arylscrambling in a simple Au(III) system. Solvent role,driving forces and mechanisms’, Chem.Commun., 2021, 57, 125. DOI: 10.1039/D0CC06450E