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S1-bromopropano (n-propilbromuro o nPB) es un compuesto organobromado con la fórmula química CH3CH2CH2Br. [1] Es un líquido incoloro. Ligeramente más denso que el agua y ligeramente soluble en agua. Cuando se calienta a altas temperaturas puede emitir humos tóxicos. [2]
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Para hacer jabón, simplemente inserte un átomo de oxígeno en un enlace carbono-hidrógeno. La receta puede parecer sencilla. Pero los enlaces carbono-hidrógeno, como la goma de mascar pegada al cabello, son difíciles de separar. Dado que proporcionan la base para mucho más que solo jabón, encontrar una manera de romper ese par obstinado podría revolucionar la forma en que las industrias químicas producen de todo, desde productos farmacéuticos hasta artículos para el hogar. Ahora, los investigadores de la Universidad de Harvard y la Universidad de Cornell han hecho precisamente eso: por primera vez, descubrieron exactamente cómo un catalizador reactivo de cobre-nitreno, que como la mantequilla de maní utilizada para aflojar el agarre de la goma de mascar sobre el cabello, ayuda a impulsar una reacción química —Podría transformar uno de esos fuertes enlaces carbono-hidrógeno en un enlace carbono-nitrógeno, un valioso bloque de construcción para la síntesis química. En un artículo publicado en Science, Kurtis Carsch, Ph.D. estudiante de la Escuela de Graduados en Artes y Ciencias de la Universidad de Harvard, Ted Betley, el Profesor Erving de Química en Harvard, Kyle Lancaster, Profesor Asociado de Química en la Universidad de Cornell, y su equipo de colaboradores, no solo describen cómo un nitreno de cobre reactivo El catalizador realiza su magia, pero también cómo embotellar la herramienta para romper esos obstinados enlaces carbono-hidrógeno y fabricar productos como solventes, detergentes y tintes con menos desperdicio, energía y costo. Las industrias a menudo forjan la base de tales productos (aminas) a través de un proceso de varios pasos: primero, los materiales alcanos en bruto se convierten en moléculas reactivas, a menudo con catalizadores de alto costo, a veces nocivos. Luego, el sustrato transformado necesita intercambiar un grupo químico, lo que a menudo requiere un sistema catalítico completamente nuevo. Evitar ese paso intermedio y, en cambio, insertar instantáneamente la función deseada directamente en el material de partida, podría reducir los materiales, la energía, el costo y potencialmente incluso la toxicidad del proceso en general. Eso es lo que Betley y su equipo pretendían hacer: encontrar un catalizador que pudiera omitir pasos químicos. A pesar de que los investigadores han buscado la composición exacta de un catalizador reactivo de cobre-nitreno durante más de medio siglo e incluso han especulado que el cobre y el nitrógeno podrían ser el núcleo de la herramienta química, la formación exacta de los electrones del par sigue siendo desconocida. “Los electrones son como bienes raíces, hombre. La ubicación lo es todo ”, dijo Betley. “La disposición de los electrones en una molécula está íntimamente ligada a su reactividad”, dijo Lancaster, quien, junto con Ida DiMucci, una estudiante de posgrado en su laboratorio, ayudó a establecer los inventarios de electrones en el cobre y el nitrógeno. Usando espectroscopía de rayos X para encontrar energías donde los fotones serían absorbidos, la marca de la ausencia de un electrón, encontraron dos agujeros distintos en el nitrógeno. “Este sabor de nitrógeno, en el que faltan estos dos electrones, ha estado implicado en la reactividad durante décadas, pero nadie ha proporcionado evidencia experimental directa para tal especie”. Tienen ahora. Normalmente, si un átomo de cobre se une a un nitrógeno, ambos ceden algunos de sus electrones para formar un enlace covalente, en el que comparten los electrones de manera equitativa. "En este caso", dijo Betley, "es el nitrógeno con dos orificios, por lo que tiene dos radicales libres y está unido por un par solitario al cobre". Esa unión evita que el nitreno volátil se escape y realice una química destructiva con cualquier cosa que se interponga en su camino. Cuando alguien se corta la pierna, por ejemplo, el cuerpo envía una especie de oxígeno reactivo, similar a estos radicales de nitreno. Las especies reactivas del oxígeno atacan a los parásitos invasores o agentes infecciosos, pero también pueden dañar el ADN. Entonces, para contener el nitreno reactivo, el primer autor Carsch construyó una jaula masiva en forma de ligando. El ligando, como arbustos orgánicos que rodean el par de nitreno de cobre, mantiene intacto el catalizador. Recorta esos arbustos e introduce otra sustancia, como un enlace carbono-hidrógeno, y el nitreno ardiente se pone a trabajar. Betley llama al catalizador una llave maestra, una herramienta con el potencial de desbloquear vínculos que de otro modo serían demasiado fuertes para usar en síntesis. "Con suerte, podemos generar estas especies químicas que ahora serán tan reactivas que convertirán el tipo de sustancias más inertes que tenemos a nuestro alrededor como algo con lo que podemos jugar", dijo. "Eso sería realmente poderoso". Dado que los componentes básicos, como el cobre y las aminas, son abundantes y baratos, la llave maestra podría desbloquear formas más prácticas de fabricar productos farmacéuticos o domésticos. Cuando Carsch hizo por primera vez la molécula, "literalmente estaba saltando de alegría", dijo Betley. "Yo estaba como, 'OK, cálmate'". Pero los resultados se volvieron más interesantes: el nitreno reacciona mejor de lo esperado a pesar de que "la molécula no tiene derecho a ser estable", y la estructura de unión se veía diferente a cualquiera de los diseños propuesto durante las últimas seis décadas de investigación. "Si lo hubiéramos propuesto desde el principio, creo que la gente se habría burlado de nosotros". A pesar de que Betley persiguió a esta especie elusiva, lo que Lancaster llama "caza mayor", desde que lanzó su laboratorio en 2007, se preocupa menos por su victoria y más por sus colaboradores. "Disfruto mucho de ver a Kurtis y a mis otros estudiantes entusiasmados con lo que realmente han podido hacer". Carsch se enfrentó tanto a críticos como a paredes químicas, pero de todos modos persistió en su búsqueda. "Me alegra que sea terco, tan terco como yo", dijo Betley. Ambos pueden ser tan tercos como los lazos que ahora pueden romper. En Cornell, cuando Lancaster y el estudiante graduado de quinto año DiMucci confirmaron los hallazgos, "envió un correo electrónico bastante colorido" al equipo de Betley. Pero él también da crédito a sus colaboradores. DiMucci pasó siete días en Stanford Synchrotron Radiation Lightsource analizando la estructura electrónica del catalizador con su equipo. "Sin sus nuevas capacidades experimentales", dijo Lancaster, "realmente no hubiéramos tenido la señal del ruido y el bajo fondo que hizo que identificar esto fuera bastante fácil". A continuación, el equipo podría inspirarse en este nuevo diseño para construir catalizadores con aplicaciones de mayor alcance, como reflejar la forma en que la naturaleza convierte el metano peligroso en metanol. “Un verdadero santo grial sería decir, 'OK, ese enlace CH allí, ese en particular en esta molécula, quiero convertir eso en un enlace CN o un enlace CO'”, dijo Lancaster.
Científicos de la Universidad de Birmingham han desarrollado una forma de fabricar polímeros orgánicos a partir de moléculas fragantes en coníferas y árboles frutales. La técnica, desarrollada para aplicaciones de impresión 3-D, podría conducir a una nueva generación de materiales sostenibles para su uso en aplicaciones biomédicas o creación de prototipos. Las moléculas, llamadas terpenos, se encuentran en los aceites esenciales de una amplia variedad de plantas y se utilizan a menudo en fragancias, cosméticos y otros productos domésticos. Debido a que son difíciles de extraer y procesar, a menudo se sustituyen por versiones sintéticas. Los terpenos también se pueden utilizar para producir resinas. Esto los hace extremadamente interesantes para los químicos e ingenieros que investigan nuevos polímeros sostenibles para reemplazar los plásticos hechos a partir de productos petroquímicos. El desafío consiste en encontrar una forma de procesar los terpenos con la suficiente eficacia como para producir materiales interesantes. Investigadores de la Facultad de Química de la Universidad de Birmingham han ideado una técnica para extraer las moléculas y convertirlas en resinas estables. Combinándolos con compuestos orgánicos a base de azufre llamados tioles, las resinas se pueden activar con la luz para formar un material sólido. Sus resultados se publican en Polymer Chemistry. Procesar los terpenos de esta manera los hace particularmente útiles en un proceso de impresión 3-D llamado estereolitografía, donde los objetos se construyen en múltiples capas y se fusionan bajo luz ultravioleta para formar objetos 3-D. El autor principal, el profesor Andrew Dove, explica: “Necesitamos encontrar formas sostenibles de fabricar productos poliméricos que no dependan de petroquímicos. Se ha reconocido que los terpenos tienen un potencial real en esta búsqueda y nuestro trabajo es un paso prometedor para poder aprovechar estos productos naturales ”. Los diferentes terpenos producen diferentes propiedades de los materiales y el siguiente paso del equipo es investigar esas propiedades más a fondo para controlarlas mejor. Aunque las fragancias no son clave para las propiedades materiales de los terpenos, los investigadores están interesados en ver si también se pueden aprovechar en algunos productos.
