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Catalizadores artificiales ayudan a ensamblar constituyentes químicos de forma selectiva

El proyecto ENOLCAT, financiado con fondos europeos, ha conseguido controlar la síntesis de una gama diversa de compuestos creados a la medida a partir de materiales básicos y utilizando catalizadores artificiales simples.

Investigación fundamental

Desde tiempo atrás, los científicos se inspiran en la capacidad de la naturaleza (guiada por la evolución) de construir estructuras biológicas complejas y muy eficaces a partir de materiales relativamente simples. Los especialistas en química sintética estudian el diseño y las prestaciones de diversos materiales naturales, como la coenzima A, para aprender a emular su capacidad de generar diversidad sintética (como la que existe entre los policétidos y los alcaloides). ENOLCAT tenía el cometido de optimizar este enfoque biomimético para aprovechar materiales simples con vistas a obtener diversos productos de manera selectiva y con grados elevados de control. Su equipo se propuso crear nuevas técnicas de catálisis orgánica que fueran aplicables de manera específica pero que también contribuyeran a lograr una comprensión mecanicista más rigurosa de estos procesos subyacentes. Catalizadores que conducen a la química 3D Una clave del trabajo de ENOLCAT fue el aprovechamiento eficaz de catalizadores, y en especial una rama de la química donde la complejidad química va asociada a la llamada quiralidad molecular. Se trata de una propiedad geométrica consistente en que determinada molécula no puede superponerse sobre su imagen especular. Dado que el término quiral proviene de la palabra griega para referirse a la mano, el concepto se suele explicar refiriéndose a la imposibilidad de superponer una mano derecha sobre su imagen especular, la mano izquierda, como bien demuestra la imposibilidad de ponerse el guante izquierdo en la mano derecha. El coordinador del proyecto, el profesor Andrew Smith, señala que la quiralidad tiene consecuencias muy importantes en la química sintética. En sus propias palabras: «La selectividad es clave para construir moléculas, ya que uno tiene que poder controlar el modo de construirlas. Hay que controlar si se construye desde arriba o desde abajo, o el costado derecho o izquierdo de una estructura, como si de piezas de LEGO se tratase, para decidir el resultado final de juntar las piezas». Este grado de control se denomina «regio y enantiocontrol». ENOLCAT aumentó el control de los propios procesos de reacción para conseguir la disposición equilibrada deseada, o «estereoquímica», de los átomos que conforman los productos químicos resultantes. Sin ese control, los compuestos químicos (por ejemplo, fármacos) pueden ser ineficaces. En el laboratorio, el equipo consiguió utilizar catalizadores artificiales (isotiourea) para conseguir la transformación de un constituyente químico simple (un ácido carboxílico), in situ en una secuencia de reacción en dominó, en una serie diversa de arquitecturas moleculares (equivalentes a las especies donantes enol y acil) con el control de su orientación tridimensional. Según señaló con entusiasmo el profesor Smith: «Siempre es una transición apasionante ver cómo procesos de reacción nuevos pasan del plano teórico a su aplicación práctica en el laboratorio». Siguiendo la vía de la quimiodiversidad El profesor Smith recuerda que, al seleccionar metas específicas para el trabajo de ENOLCAT, «intentamos escoger metas acordes con las necesidades. Muchas dianas farmacológicas se componen de anillos de átomos unidos entre sí (carbo- y heterociclos) y, así, nosotros nos centramos en crear métodos alternativos y a la medida para prepararlos». La mejora de la catálisis permite obtener productos esenciales siguiendo procesos industriales eficientes, reduciendo al mínimo el consumo de energía, los residuos y los subproductos nocivos. A todo ello ha contribuido el proyecto. Según concluye el profesor Smith: «ENOLCAT ha proporcionado soluciones catalíticas a problemas de importancia para la industria; algunas se aplican ya a gran escala para obtener moléculas bioactivas clave y de interés que podrían ser beneficiosas a largo plazo para la sociedad».

Palabras clave

ENOLCAT, catalizador, átomos, molecular, química sintética, compuestos, enzima, quiralidad, estereoquímica, quimiodiversidad

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