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ERC

CAPRI Resultado resumido

Project ID: 290966
Financiado con arreglo a: FP7-IDEAS-ERC
País: Reino Unido

Películas moleculares pioneras dan información sobre reacciones químicas en líquidos

El proyecto CAPRI, financiado por la Unión Europea, utilizó con éxito pulsos de láser ultrarrápidos para obtener información sobre los mecanismos de las reacciones químicas que tienen lugar en líquidos con un grado de detalle sin precedentes, y ello podría ser útil para poder utilizar procesos químicos industriales más racionalizados y ecológicos.
Películas moleculares pioneras dan información sobre reacciones químicas en líquidos
A pesar de que buena parte de la química más relevante en el mundo (tanto para los seres vivos del entorno como para la industria) tiene lugar en líquidos, por lo general, la investigación ha estudiado las reacciones químicas en fase gaseosa. El movimiento continuo de las moléculas del disolvente, sumado a la velocidad de los procesos, ha dificultado la observación precisa de los encuentros moleculares reactivos durante la síntesis química en líquidos. Es posible deshacer y crear enlaces en intervalos de tiempo inferiores a una billonésima parte de segundo.

El proyecto CAPRI, financiado por la Unión Europea, utilizó pulsos de láser más breves que los tiempos entre colisiones entre moléculas, para captar con éxito instantáneas de las reacciones químicas en líquidos con un grado de detalle sin igual. Mediante la combinación de las instantáneas y utilizando simulaciones por ordenador, el equipo obtuvo visualizaciones paso a paso. La prestigiosa revista científica Scientific American ha calificado el enfoque aplicado por este equipo de «idea para cambiar el mundo».

Explicando la motivación de CAPRI, el coordinador del proyecto, el profesor Andrew Orr-Ewing, recuerda que «en parte se debió a la curiosidad acerca de la pregunta esencialmente inexplorada de lo que sucede con las moléculas que reaccionan en un disolvente líquido y, en parte, al reconocimiento de que la mayor parte de la química que se emplea en laboratorios de investigación y en la industria requiere utilizar disolventes líquidos».

Instantáneas en picosegundos

El equipo del proyecto estudió las moléculas mediante espectroscopia de absorción. Aplicando pulsos de láser ultrarrápidos (en las regiones del infrarrojo y el ultravioleta) midieron la cantidad de luz absorbida a distintas longitudes de onda por parte de las especies de vida corta, que son intermedias entre los reactivos y los productos finales. El profesor aclara que «se midieron estos espectros transitorios con distintos retardos de tiempo con el fin de observar la aparición y la desaparición de los productos intermedios de las reacciones. Los espectros revelaron las rutas de reacción y los movimientos de las moléculas durante las reacciones».

Los experimentos se realizaron en disolventes comunes como el agua, óxido de deuterio (D2O), acetonitrilo, cloroformo y diclorometano. CAPRI también analizó los perfluorocarburos líquidos, menos frecuentes, que son químicamente inertes e interactúan solo de forma débil con las moléculas del disolvente, pero permiten realizar mediciones muy detalladas del comportamiento de las moléculas disueltas.

Tal como resume el profesor Orr-Ewing, «los experimentos fueron pioneros porque demostraron por primera vez que los estudios de las reacciones en solución podrían acercarse al grado de detalle logrado en los estudios sobre las reacciones que tienen lugar en moléculas aisladas en fase gaseosa». Acto seguido, puntualiza que «una sorpresa importante de los experimentos fue que las reacciones en solución no se pueden modelizar simplemente utilizando la estadística para predecir a dónde puede ir a parar la energía excedente de las reacciones. La información obtenida mediante los experimentos reales fue crucial».

Hacia un futuro con química industrial más racionalizada y ecológica

CAPRI ofrece un mejor conocimiento de los flujos de energía desencadenados por las reacciones químicas. Se han reseguido nuevas rutas químicas, incluidas rutas en las que las moléculas disipan la energía excedente de la absorción de la radiación ultravioleta para evitar daños. Aparte del objetivo de investigación científica fundamental de CAPRI, sus hallazgos aportan ventajas directas a la química industrial y de síntesis.

Los resultados mejorarán las simulaciones y servirán como datos de partida en distintos campos, como el diseño de medicamentos. CAPRI también ofrece la perspectiva de mejorar los procesos industriales de productos químicos de alta pureza y fármacos, por ejemplo mediante la aplicación de la química de flujos en reactores fotoquímicos, con la intervención de fuentes de luz económicas y eficientes como los diodos emisores de luz (LED). Además, está la contribución a la «química verde». El profesor explica: «aplicamos esta estrategia para comprender reacciones importantes para los especialistas en química orgánica de síntesis y para los químicos que utilizan ciclos catalíticos activados por la absorción de la luz, con el fin de evitar catalizadores a base de metales tóxicos o escasos».

Ahora, el equipo trabaja en ampliar el trabajo para analizar sistemas moleculares más complejos, así como fenómenos específicos, como el modo en el que ciertas moléculas biológicamente importantes interactúan con la luz ultravioleta y resisten a los daños fotoquímicos.

Palabras clave

CAPRI, reacciones químicas en líquidos, disolventes, picosegundo, química verde, moléculas de disolventes, especies intermedias de vida corta, pulsos de láser, espectroscopia por absorción, fármacos, ciclos catalíticos, química de flujos, ultravioleta
Número de registro: 200150 / Última actualización el: 2017-06-27
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