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Asymmetric Aza-Michael reactions catalyzed by hybrids metal-DNA

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Nuevos catalizadores híbridos de alto rendimiento

La catálisis es el proceso por el cual se aumenta la velocidad de una reacción química y resulta fundamental para la síntesis química a escala industrial. La Unión Europea financia estudios para el descubrimiento y la caracterización de nuevos catalizadores que permitan la producción de productos biológicos difíciles de sintetizar pero de elevada importancia.

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Recientemente, se ha observado que la combinación de la actividad catalítica de complejos de metales de transición con la enantioselectividad del ADN producía resultados extraordinarios. Los catalizadores híbridos formados por complejos de cobre (CuII) y ADN de doble cadena demostraron una capacidad excepcional para catalizar una reacción especialmente difícil en agua con elevada enantioselectividad. Fue la primera demostración de este tipo sin catalizadores tradicionales. El equipo de científicos responsable de este descubrimiento inició el proyecto «Asymmetric aza-Michael reactions catalyzed by hybrids metal-DNA» (AMMDNACAT), financiado con fondos europeos, cuyo objetivo es crear nuevos catalizadores híbridos para reacciones asimétricas en medio acuoso. La investigación se centró en la reacción de aza-Michael, una reacción de síntesis en el campo de la química orgánica que produce varios productos químicos de interés biológico. Se consideró importante aplicar una química ecológica utilizando la eficiencia atómica y disolventes ecológicos. Tras una investigación exhaustiva, se descubrió un nuevo producto catalizado por el complejo Cu(II)-ADN. Sin ADN el catalizador produjo la formación del producto de la adición de aza-Michael. Con la molécula de ADN, el sistema catalizó otra reacción (alquilación de Friedel-Crafts) y, posteriormente, una protonación enantioselectiva con un 52 % de enantioselectividad. El resultado es el primer caso de control sobre la quimioselectividad debido a la presencia de ADN. Este proceso cobró importancia también como protonación enantioselectiva. Dado el pequeño tamaño del protón, el carácter reversible inherente de la reacción y la necesidad de control cinético tras la protonación, esta reacción resulta muy difícil de alcanzar. Los resultados del proyecto destacan la excepcional actividad catalítica de este híbrido metal-ADN. Los trabajos subsiguientes se centraron en la optimización de las condiciones de la reacción, la investigación de otros sustratos y un estudio mecanístico destinado a revelar el papel del ADN. La mayoría de los productos de la reacción solo se pueden sintetizar mediante la técnica de ADN. Permite la producción de muchas moléculas orgánicas de gran interés con posibles aplicaciones en la fabricación de otras moléculas biológicamente activas. Algunos estudios cinéticos realizados en el proyecto demostraron una aceleración de la velocidad de reacción seiscientas veces mayor que la de la reacción catalizada únicamente con Cu(II), el mayor efecto conocido con un sistema no enzimático. Las investigaciones mecanísticas revelaron el papel crucial del ADN. Los futuros estudios funcionales y estructurales sentarán las bases para el diseño racional de estos catalizadores híbridos útiles en transformaciones complicadas pero de gran interés.

Palabras clave

Catalizadores híbridos, catálisis, química sintética, complejos metálicos, enantioselectividad, ADN, reacciones aza-Michael, medio acuoso, química ecológica, Cu(II), protonación, híbrido metal-ADN

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