La fuerza mecánica, una nueva forma de iniciar reacciones químicas

Mezclas de reacción antes y después de la molienda en un molino de bolas. - KUBOTA K. ET AL. SCIENCE, DECEMBER 19, 2019

   MADRID, 20 Dic. (EUROPA PRESS) -

   Investigadores han demostrado que la fuerza mecánica puede iniciar reacciones químicas, haciéndolas más baratas, más aplicables y más amigables con el medio ambiente que los métodos convencionales.

   Las reacciones químicas se provocan convencionalmente calentando las mezclas de reacción. En los últimos diez años, ha habido una amplia investigación sobre 'catalizadores fotordoxos' que pueden activarse mediante luz visible y permitir reacciones químicas altamente específicas y eficientes. Sin embargo, estas reacciones a menudo requieren una gran cantidad de solventes orgánicos nocivos, por lo que son aplicables solo a reactivos solubles.

   Se sabe que los materiales piezoeléctricos, como el titanato de bario, generan potenciales eléctricos cuando se les aplica una presión mecánica, por lo que se utilizan en micrófonos y encendedores.

   En el estudio actual, que publica la revista 'Science', el equipo de investigación dirigido por Hajime Ito y Koji Kubota del Instituto de Diseño y Descubrimiento de Reacciones Químicas (WPI-ICReDD), Universidad de Hokkaido Japón, demostró que este potencial eléctrico también se puede utilizar para activar reacciones químicas.

   "En nuestro sistema, utilizamos la fuerza mecánica proporcionada por un molino de bolas para activar un material piezoeléctrico para reacciones redox, al tiempo que eliminamos el uso de solventes orgánicos", señala Koji Kubota. Lo llaman una reacción mecanorredoxa en oposición a una reacción fotordoxa.

   El equipo demostró que los potenciales eléctricos derivados del material piezoeléctrico (BaTiO3) activan un compuesto llamado sales de aril diazonio que generan radicales altamente reactivos.

   Los radicales experimentan reacciones de formación de enlaces, como las reacciones de arilación y borilación, ambas importantes en la química sintética, con alta eficiencia. El equipo también demostró que la reacción de borilaciónc podría ocurrir golpeando la mezcla en una bolsa de plástico con un martillo.

   "Este es el primer ejemplo de reacciones de arilación y borilación utilizando piezoelectricidad inducida mecánicamente --asegura Koji Kubota--. Nuestro sistema libre de solventes que utiliza un molino de bolas nos ha permitido eliminar solventes orgánicos, haciendo que las reacciones sean más fáciles de manejar, más amigables con el medio ambiente y aplicables incluso a los reactivos que no pueden disolverse en el solvente de reacción".

   También podrían reciclar el titanato de bario y lograr mejores rendimientos que las reacciones fotordoxas, aumentando aún más el atractivo de este enfoque.

   "Ahora estamos explorando la capacidad de ajuste del potencial eléctrico generado mecánicamente. Junto con las predicciones computacionales, nuestro objetivo es extender la aplicabilidad de esta técnica --apunta Hajime Ito--. Nuestro objetivo es complementar o al menos en parte reemplazar los enfoques fotordoxos existentes y proporcionar una alternativa rentable y respetuosa con el medio ambiente para su uso en síntesis orgánica industrial".