Click & Try: un experimento fallido y la casualidad abrieron a los químicos nuevas vías para una reacción establecida
Libérese del nicho con Click Chemistry
El plan original consistía en desarrollar un nuevo ligando, la cáscara de un catalizador, por así decirlo. En concreto, los grupos de investigación del Dr. habil. Christian Hering-Junghans y del Prof. Torsten Beweries en el LIKAT de Rostock debían desarrollar un ligando a base de fósforo. Sin embargo, las síntesis realizadas en el marco de un doctorado condujeron a una sustancia distinta de la esperada, a saber, un triazabutadieno.
Al final, la vía de síntesis resultó ser una nueva forma de un proceso químico establecido: la reacción de Wittig, galardonada con el Premio Nobel en 1979. La nueva síntesis se denomina "reacción Azida-Wittig" y el artículo apareció en la revista de Wiley ANGEWANDTE CHEMIE. El trabajo causó un gran revuelo entre los expertos.
Incluso antes de que se publicara la edición impresa, el mensaje de los autores sobre su trabajo recibió diez mil visitas y se compartió varias veces en Internet. No es de extrañar. "La reacción de Wittig es muy conocida entre los químicos, nadie la pasa por alto durante sus estudios", afirma el Dr. Hering-Junghans. Es indispensable para producir moléculas funcionales con dobles enlaces entre átomos de carbono (C=C). Se trata de "motivos estructurales omnipresentes" en la síntesis orgánica.
El doctorando también se interesó por estos dobles enlaces: Kushik, químico indio, autor principal del trabajo. Para el nuevo ligando, originalmente quería incorporar dobles enlaces fósforo-carbono (P=C) en un di-aldehído. Una breve digresión sobre química, grado 10: Los aldehídos son moléculas que contienen un grupo denominado aldehído formado por un átomo de carbono, hidrógeno y oxígeno cada uno. Las moléculas que contienen dos de estos grupos se denominan di-aldehídos.
Con su reacción, Kushik no superó el primer paso. Sólo un grupo aldehído se convirtió en el enlace P=C deseado. El otro permaneció libre.
Las interrupciones tienen prioridad
Si toda la atención en la investigación se centra en un nuevo producto o proceso, uno no abandonaría la ruta de reacción en tales circunstancias. No es así en la investigación básica. Christian Hering-Junghans, uno de los supervisores del doctorado de Kushik, afirma: "Estas perturbaciones nos desafían a explorar su causa. Pueden dar lugar a conocimientos fundamentales". Así que este trabajo se convirtió en un proyecto conjunto en el área temática del Prof. Dr. Torsten Beweries, "Nuevos productos y procesos". Tras una consulta conjunta, Kushik se desvió de su camino.
Christian Hering-Junghans, por ejemplo, vio en el grupo aldehído libre una oportunidad para insertar un doble enlace nitrógeno-carbono (N=C) además del doble enlace P=C. Para ello, Kushik utilizó una derivación de la reacción de Wittig, la reacción de Aza-Wittig.
El plan era el siguiente Una azida orgánica, cuya estructura característica incluye tres átomos de nitrógeno en diferentes enlaces, y una base se hacían reaccionar con el aldehído, tan obstinadamente libre, para formar una unidad de imina, liberando nitrógeno además de la incorporación del doble enlace N=C.
Esto parecía funcionar, al menos la espectrometría de RMN indicaba la incorporación de un doble enlace N=C. Cuando Kushik comprobó también su producto de reacción, cristales de color naranja, en el difractómetro de rayos X, surgió algo sorprendente. En lugar de una unidad de imina, la reacción había producido una unidad de triazabutadieno, lo que daba lugar a una sustancia completamente distinta. Esto también se debió a que no se liberó nitrógeno en absoluto, sino que permaneció unido al producto.
Punto de partida del estudio
La pregunta de por qué fue el punto de partida del estudio, cuyos espectaculares resultados se han publicado ahora. Los autores describen detalladamente cómo modificaron la reacción Aza-Wittig establecida en su enfoque esencialmente aleatorio.
El resultado fue una nueva reacción en la que no sólo se transfirió la azida, sino toda la unidad molecular a la que está unida la azida. Los químicos eligieron como unidad molecular un grupo llamado Mes*, "un grupo que llena mucho espacio", como dice Christian Hering-Junghans, "estéricamente muy exigente". Debido a su tamaño, Mes* protege a la azida de la separación del nitrógeno (N2 ), por lo que la azida se incorporó completamente al producto.
Los químicos del LIKAT implicados denominan a su vía de síntesis la reacción Azida-Wittig. Más tarde se enteraron de que dicha reacción se había publicado por primera vez en 2019. Pero solo como un resultado curioso que no se investigó sistemáticamente más a fondo.
Liberados del nicho con la química del clic
El producto sorpresa de Kushik, el triazabutadieno, o TBD para abreviar, fue reportado por primera vez en 1965. Los TBD contienen grupos de dobles enlaces (N=C, N=N), que a su vez están unidos entre sí por enlaces simples.
Las TBD tuvieron una existencia de nicho durante mucho tiempo. No fue hasta 2005 cuando se identificó una ruta de síntesis general para esta clase de sustancias. Las TBD podían "unirse" literalmente a partir de dos bloques de síntesis, una azida orgánica y un heterociclo N, como si fueran ladrillos de Lego. Estas TBD no se escinden fácilmente en condiciones fisiológicas, es decir, en el organismo, por lo que son adecuadas para el etiquetado de biomoléculas en medicina, por ejemplo.
TBD de Rostock sin heterociclo N
Según el Dr. Hering-Junghans, el heterociclo N, uno de los dos componentes de síntesis en la estructura de las TBD, ha sido un factor limitante en la aplicación hasta la fecha: "Bloquea una región a la que no puede acoplarse nada más". Los TBD del laboratorio de Rostock ya no contienen este N-heterociclo, por lo que se han modificado de forma ventajosa. Esto abre nuevas vías para una amplia gama de aplicaciones de esta clase de sustancias. El equipo dirigido por el Dr. Christian Hering-Junghans y el Prof. Torsten Beweries utilizará la propia reacción azida-Wittig para desarrollar nuevos ligandos. "Tenemos aquí una serie de elementos adecuados para ello, por ejemplo, tres átomos de nitrógeno que pueden actuar como átomos de enlace para el centro metálico".
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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