Polímeros funcionalizados similares a las enzimas para la catálisis industrial
Los catalizadores son sustancias que aceleran la velocidad de una reacción disminuyendo la energía necesaria para que ocurra la reacción. Las reacciones industriales dependen mucho de los catalizadores. Al acelerar la velocidad de reacción, los catalizadores aumentan el rendimiento. Debido a su especificidad, también pueden producir los compuestos deseados con una pureza muy alta, lo que reduce el número de etapas de procesamiento posteriores. Además, las reacciones en cascada catalíticas similares a los procesos naturales de producción de moléculas se han convertido en elementos esenciales en la química orgánica «ecológica» para sintetizar una gran variedad de productos naturales. La naturaleza a menudo es fuente de inspiración para científicos e ingenieros, y los catalizadores de la naturaleza no son una excepción. Las enzimas son proteínas, largas cadenas de subunidades (aminoácidos) que se pliegan en formas complejas para crear estructuras tridimensionales con una función. Basándose en la similitud de las proteínas con los copolímeros de bloque, los científicos que trabajan en el proyecto 'Single chain polymer nanoparticles' (SCPNANOPART), financiado por la Unión Europea, crearon nanopartículas (NP) sintéticas similares a proteínas. Para llevar a cabo esta tarea, los copolímeros (polímeros formados por más de una subunidad o monómero) fueron funcionalizados con fragmentos supramoleculares que promueven el plegado cuando se activan. Entre las diversas arquitecturas creadas y estudiadas con el fin de desarrollar el procedimiento para sintetizar copolímeros de bloque con funcionalización, el equipo sintetizó nanopartículas con puntos catalíticamente activos ubicados en espacios interiores hidrofóbicos para la catálisis en medios acuosos. Los conocimientos adquiridos se aprovecharon en estudios dirigidos a dos tipos de reacciones de importancia para la industria. La reacción de condensación aldólica es esencial para la química de síntesis orgánica, ya que forma enlaces carbono-carbono. Los derivados del ácido borónico sirven de catalizadores en varias reacciones importantes para la industria, así que los científicos también investigaron la funcionalización de polímeros con ácido fenilborónico para la catálisis en disolventes acuosos u orgánicos. Los polímeros funcionalizados para la reacción aldólica mostraron una notable actividad en agua, similar a la de las enzimas naturales. Un nuevo método para controlar el posicionamiento de catalizadores en puntos activos proporcionó también una impresionante selectividad. Los polímeros de ácido fenilborónico funcionalizados mostraron una alta actividad en dos reacciones diferentes (amidación directa en un disolvente orgánico y reacciones de Diels-Alder en agua). SCPNANOPART consiguió sintetizar nuevos sistemas catalíticos compartimentados con el punto activo situado en el espacio interior hidrofóbico para reacciones en medios acuosos. Estas estructuras de nanopartículas específicas, altamente activas y similares a las enzimas deberían tener un impacto importante sobre la química de síntesis, en particular para compuestos orgánicos, incluyendo reacciones en cascada.