El químico Tehshik Yoon y tres colaboradores detallan en la revista Science, una manera de utilizar la luz solar y dos catalizadores para crear moléculas que son difíciles de conseguir con las técnicas convencionales – un hallazgo que puede llegar a tener consecuencias en la creación de fármacos y en la ciencia de materiales.

Cuando Tehshik Yoon profesor de química de la universidad UW -Madison mira por la ventana de su despacho, ve una fuente de energía capaz de impulsar reacciones químicas. Las plantas «han  aprendido» a sintetizar los químicos con la luz solar hace miles de años, y en esta premisa es en la que Yoon ha basado su investigación.

En química, el calor y los rayos ultravioleta (UV) se utilizan comúnmente para conducir reacciones. Aunque la luz puede alimentar reacciones que el calor no puede, el espectro UV tiene desventajas, dice Yoon. La luz UV utilizada frecuentemente en la industria lleva tanta energía que «es peligrosa de utilizar, no es selectiva, y presenta una alta propensión a crear subproductos no deseados.»

Existen muchos productos químicos en dos formas que son imágenes especulares el uno del otro, y Yoon está interesado en las reacciones que crea sólo una de esas imágenes.»Es como nuestras manos «, dice Yoon. » Son similares, pero no idénticas; un guante de la mano izquierda no se ajusta a la mano derecha. Lo mismo ocurre con las moléculas en biología; muchas fallarán a menos que tengan la correcta ‘ imparcialidad ‘, o “’quiralidad«

Para Yoon la nueva técnica descubierta responde a una pregunta formulada en 1874 por un químico francés, quien sugirió el uso de la luz para hacer productos con quiralidad controlada. Cuando un estudiante graduado le consultó sobre qué  proyecto desafiante podría llevar a cabo hace siete años, Yoon le pidió que explorara compuestos que potenciaran reacciones con los metales que se utilizan para capturar la energía del sol en las células solares. En una célula solar, estos metales liberan electrones para producir electricidad.»Estamos tomando los electrones que giran fuera de estos metales y utilizando su energía para provocar una reacción química «, dice Yoon.

Las plantas hacen lo mismo durante la fotosíntesis, explica: absorben la luz, liberan electrones de alta energía, y utilizan esos electrones para combinar el agua y el dióxido de carbono en azúcares. Esa reacción es la base de esencialmente la totalidad de la agricultura y de todas las cadenas alimentarias.

Una vez que el metal de la célula solar suministraba los electrones, Yoon pensó acerca del uso de un segundo catalizador para controlar la quiralidad. Y para ello encargó el proyecto a Juana Du, otra estudiante de posgrado. «Debe de haber sintetizado 70 catalizadores diferentes», dice Yoon.

Para controlar la quiralidad, el segundo catalizador mantenía los productos químicos en transformación en la orientación correcta de modo que los electrones pudiesen crear sólo la quiralidad deseada. Después de que el estudiante graduado Kazimir Skubi encontrara una manera de generalizar el mecanismo de control, Danielle Schultz otra investigadora postdoctoral, » hizo un descubrimiento interesante: al realizar un muy ligero retoque al catalizador de control de quiralidad, se obtiene una forma completamente diferente en las moléculas del producto». La introducción de un segundo catalizador permite un control mucho mayor.

» Una de las razones por las que este campo no ha sido exitoso es que un solo catalizador tenia que absorber la luz y controlar la quiralidad al mismo tiempo «, dice Yoon . «Si se ajusta el catalizador único, cambian sus efectos. Al separar las dos funciones, se puede hacer todo tipo de cambios en la quiralidad sin estropear el catalizador fotoquímico » .

Los experimentos realizados hasta la fecha han conseguido estructuras cuadradas con cuatro carbonos que serían difíciles de conseguir con UV o calor. En última instancia, dice Yoon, la técnica puede interesar a los científicos de materiales, que se centran más en la quiralidad, y en especial a los productores de fármacos.

«Las compañías farmacéuticas necesitan compuestos con una quiralidad bien definida, y quieren estructuras que nadie ha hecho, y nosotros hemos conseguido estructuras que están muy consolidadas,  que son exóticas y cuya quiralidad está controlada», dice Yoon. «Estos forman parte de un espacio sin explorar en la diversidad molecular. Ahora que tenemos una plataforma para el uso de estos catalizadores en conjunto, estamos buscando un sentido más amplio para ver qué más podemos hacer «.

En última instancia, a Yoon le gustaría avanzar al futuro y crear productos químicos como lo hacen las plantas: potenciados por la luz solar con todas las ventajas medioambientales que ello implica. Todo está en la historia clásica de la fotoquímica, dice Yoon, apuntando a un químico italiano que abogó por reacciones basadas en la luz solar ya en 1912, quien escribió: » … si en un futuro lejano el suministro de carbón se agotase completamente, la civilización no se resentirá por ello pues la vida y la civilización continuará siempre y cuando brille el sol! «

Shultz , Du y Skubi son los co-autores de Yoon en el artículo de Science.