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La otra fiebre del oro

Xavier Pujol Gebellí

CIENCIA     |    QUÍMICAS    |    24/07/2014

Todo el mundo sabe qué es el oro, pero son muy pocos, incluidos una buena parte de la comunidad científica, los que conocen sus propiedades en toda su extensión y su potencial en ámbitos de conocimiento inexplorados hasta tiempos bien recientes. La catálisis es uno de ellos. El ICIQ, en Tarragona, es uno de los centros pioneros en el mundo gracias a las aportaciones del grupo liderado por Antonio Echavarren. Con él y unos pocos más arrancó en la década pasada la otra fiebre del oro.

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Del oro se conocen muchas propiedades. Entre ellas, su alto potencial reactivo como material catalítico, es decir, como agente acelerador de reacciones químicas. Esta capacidad se ha venido demostrando en las dos últimas décadas para la llamada catálisis heterogénea, en la que se utiliza este metal noble hasta límites nanométricos, de gran interés para la industria. Pero sobre todo destaca la catálisis homogénea, en la que es un solo átomo el que induce una reacción en cascada hasta llegar al producto final deseado. Algo que, dicho sea de paso, nadie pensaba que sería posible hace tan solo diez años.

Antonio Echavarren, del Instituto Catalán de Investigación Química (ICIQ), tiene buena parte de culpa de este cambio de perspectiva. En 2004, trabajando aún en la Universidad Autónoma de Madrid, publicó un primer trabajo que obligó a un cambio en el punto de vista de los químicos de los químicos que trabajaban en síntesis orgánica, quienes creían mayoritariamente que el oro carecía de propiedades catalíticas. Trabajos paralelos en la Universidad de Berkeley y en el Instituto Max Planck, corroboraron casi al mismo tiempo esos primeros resultados. Hoy, asegura Echavarren, la catálisis homogénea con oro es un hot topic. Hay varios cientos de grupos en el mundo que investigan en la misma dirección.

Para muestra, un par de botones. Recientemente, investigadores de la Universidad Politécnica de Valencia y del Instituto de Tecnología Química (CSIC) liderados por Avelino Corma, publicaban en Nature Chemistry como la agrupación de entre 5 y 10 átomos de oro en un clúster aumentaba de forma "excepcional” su capacidad catalizadora. Previamente, científicos de la Escuela de Química de la Universidad de Cardiff, en Gales, habían visto que unos pocos cientos de átomos de oro en nanopartículas de carbono convertían igualmente al metal noble en un "producto muy reactivo”.


En busca del límite

En poco tiempo, explica Echavarren, el oro ha dejado de ser considerado catalíticamente inactivo a objeto prioritario de estudio en síntesis orgánica. La cuestión, añade, es elucidar sus cualidades y determinar con precisión dónde están sus límites como catalizador y para qué transformaciones resulta más adecuado.

Antonio Echavarren: «Queremos hacer lo mismo que la naturaleza con las proteínas, solo que con el mínimo de etapas».
Graham Hutchings, director del Instituto de Catálisis de Cardiff, sostiene que reducir el metal a nanopartículas con unos pocos cientos de átomos de oro aumenta su reactividad en procesos químicos y biológicos de modo que "las reacciones son más rápidas, más simples y energéticamente más eficientes”. Esas mismas cualidades se dan cuando la catálisis se efectúa con un solo átomo de oro, particularmente en reacciones carbono-carbono. Y eso es justamente lo que define la catálisis homogénea.

"El oro es un metal noble que se oxida muy poco y con muy poca biología”, indica Echavarren. "Tras verse su actividad en catálisis heterogénea, se vio igualmente en homogénea. Hoy se publica un artículo relevante sobre este tópico prácticamente cada semana”.


Más simple, más complejo

El avance prácticamente exponencial del conocimiento del oro en catálisis homogénea está abriendo la puerta a un número cada vez mayor de aplicaciones potenciales. Una de ellas, en las que el investigador del ICIQ ha tomado claramente la delantera internacional, es el uso de quimioenzimas, enzimas artificiales concebidas para inducir para inducir la formación de moléculas complejas en una sola etapa. "Queremos hacer lo mismo que la Naturaleza con las proteínas, solo que con el mínimo de etapas”, asegura.

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Microclústeres de oro de entre 5 y 10 átomos sobre nanotubos de carbono. | Foto: CSIC


Actualmente, su equipo trabaja en la síntesis de una pequeña molécula natural con un alto poder antitumoral, la englerina A. Los resultados de las primeras reacciones catalizadas con oro ya se han publicado y ahora se trabaja en productos análogos con el fin de reducir la toxicidad del producto resultante. "La intención es mantener el perfil biológico reduciendo su toxicidad." Las investigaciones se desarrollan en colaboración con los NIH estadounidenses. Y si los resultados son satisfactorios, Echavarren pretende valorizar esta tecnología para intentar desarrollar un método de interés para la industria farmacéutica. El mismo principio se está aplicando ya en la obtención de un nuevo antiviral.

En paralelo a estos trabajos, su grupo está investigando otros estados de oxidación del oro para activar moléculas pequeñas. Entre ellas, el metano, una de las más "difíciles de funcionalizar”. Asimismo, y de acuerdo con los objetivos de la beca concedida por el European Research Council (ERC Advanced Grant), se quiere determinar "en qué punto se pasa de propiedades homogéneas a heterogéneas”, lo que significa trabajar con unos pocos átomos de oro, de 5 a 10.

Las líneas abiertas no terminan aquí. Al interés de la industria farmacéutica se ha sumado recientemente el de la electrónica molecular, nuevos materiales, computación cuántica, agroquímica e industria cosmética.



El más electronegativo de los metales

El oro es una rareza entre los metales por su color dorado. De hecho, describe Antonio Echavarren, es "el más electronegativo de los metales”. Su color característico y su brillo, sobre cuyas causas todavía se teoriza, además de su recién descubierto potencial catalítico, lo convierten en "único” frente a otros metales incluidos el cobre y la plata, los más parecidos, y el paladio o el platino, mucho más utilizados. Su alta selectividad lo hace aún más atractivo.

Y lo es porque la catálisis es una tecnología que se aplica a entre el 80% y el 90% de todos los bienes manufacturados. El fenómeno implica un material, que no es uno de los reactivos, que acelera la reacción química sin la necesidad de aumentar la temperatura.

Entre el amplio abanico de posibilidades que presentan los catalizadores con oro, que destacan por generar apenas residuos, se encuentran la gestión ambiental, la biomedicina, la farmacia, la automoción, la petroquímica o la computación, además de beneficiar el avance en conocimiento fundamental en muchas y diversas disciplinas, muy particularmente la nanotecnología y la electrónica molecular.
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Xavier Pujol Gebellí

Periodista

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