En la búsqueda de soluciones que nos plantea el gran problema del cambio climático, se han ido identificando algunas respuestas, que si bien no lo resuelven en su totalidad, si son pequeños avances hacia una probable solución. Tal es el caso de la información que hoy nos comparte un estimado colega, donde nos describen una forma creativa de cómo dar un buen uso, e incluso saludable, al dióxido de carbono, incorporándolo, a través de la electrosíntesis, en una serie de moléculas orgánicas que son vitales para el desarrollo farmacéutico. El artículo de divulgación de este descubrimiento fue escrito por David Nutt, publicado el 5 de enero de 2023 por Cornell University y traducido por nosotros para este espacio. Veamos de qué se trata….

En el proceso que se describe, un equipo de investigación interinstitucional hizo un descubrimiento innovador. Al cambiar el tipo de reactor electroquímico, podrían producir dos productos completamente diferentes, ambos útiles en química médica.

El documento científico sobre este descubrimiento se denominó: "El reactor electroquímico dicta la selectividad del sitio en las carboxilaciones de N-heteroareno” y fue publicado el 5 de enero en Nature. Los coautores principales del artículo son los investigadores postdoctorales Peng Yu y Wen Zhang, y Guo-Quan Sun de la Universidad de Sichuan en China.

El equipo de Cornell, dirigido por Song Lin, profesor de química y biología química en la Facultad de Artes y Ciencias, utilizó previamente el proceso de electroquímica para unir moléculas de carbono simples y formar compuestos complejos, eliminando la necesidad de metales preciosos u otros catalizadores para promover la reacción química.

Para el nuevo proyecto, se fijaron en un objetivo más específico: la piridina, el segundo heterociclo más frecuente en los medicamentos aprobados por la FDA. Los heterociclos son compuestos orgánicos en los que los átomos de las moléculas están unidos en estructuras de anillos, al menos uno de los cuales no es carbono. Estas unidades estructurales se consideran "farmacóforos" por su frecuente presencia en compuestos medicinalmente activos. También se encuentran comúnmente en agroquímicos.

El objetivo de los investigadores era producir piridinas carboxiladas, es decir, piridinas con dióxido de carbono adjunto. La ventaja de introducir dióxido de carbono en un anillo de piridina es que puede cambiar la funcionalidad de una molécula y potencialmente ayudarla a unirse a ciertos objetivos, como las proteínas. Sin embargo, las dos moléculas no son socios naturales. La piridina es una molécula reactiva, mientras que el dióxido de carbono es generalmente inerte.

"Hay muy pocas formas de introducir directamente dióxido de carbono en una piridina", dijo Lin, coautor principal del artículo, junto con Da-Gang Yu de la Universidad de Sichuan. "Los métodos actuales tienen limitaciones muy severas".

El laboratorio de Lin combinó su experiencia en electroquímica con la especialización del grupo de Yu en la utilización de dióxido de carbono en síntesis orgánica, y pudieron crear con éxito piridinas carboxiladas. "La electroquímica le brinda esa ventaja para marcar el potencial que es suficiente para activar incluso algunas de las moléculas más inertes", dijo Lin. "Así es como pudimos lograr esta reacción".

El descubrimiento fortuito del equipo surgió mientras realizaban la electrosíntesis. Los químicos normalmente ejecutan una reacción electroquímica en una de dos formas: en una celda electroquímica no dividida (en la que el ánodo y el cátodo que suministran la corriente eléctrica están en la misma solución) o en una celda electroquímica dividida (en la que el ánodo y el cátodo están separados por un divisor poroso que bloquea las moléculas orgánicas grandes pero permite el paso de los iones). Un enfoque puede ser más eficiente que el otro, pero ambos producen el mismo producto.

El grupo de Lin descubrió que al cambiar de una célula dividida a una no dividida, podían

unir selectivamente la molécula de dióxido de carbono en diferentes posiciones del anillo de piridina, creando dos productos diferentes: carboxilación C4 en la célula no dividida y carboxilación C5 en la célula dividida.

"Esta es la primera vez que descubrimos que simplemente cambiando la celda, lo que llamamos el reactor electroquímico, cambia completamente el producto", dijo Lin. "Creo que la comprensión mecanicista de por qué sucedió nos permitirá continuar aplicando la misma estrategia a otras moléculas, no solo a las piridinas, y tal vez hacer otras moléculas de esta manera selectiva pero controlada. Creo que ese es un principio general que se puede extrapolar a otros sistemas".

Si bien la forma de utilización del dióxido de carbono del proyecto no resolverá el desafío global del cambio climático, dijo Lin, "es un pequeño paso hacia el uso del exceso de dióxido de carbono de una manera útil".

Los coautores incluyeron al investigador postdoctoral Yi Wang y al estudiante de doctorado Zhipeng Lu; e investigadores de la Universidad de Sichuan.

Fuente: https://news.cornell.edu/stories/2023/01/electrochemistry-converts-carbon-useful-molecules