La mecanoquímica se presenta como una alternativa sostenible a los métodos convencionales de síntesis orgánica, ya que evita el uso de disolventes que generan residuos industriales. Este enfoque permite la síntesis de compuestos orgánicos utilizando reactivos que, de otro modo, tendrían dificultades para disolverse en disolventes comunes. Sin embargo, a pesar de sus ventajas, el entendimiento de cómo las fuerzas macroscópicas influyen en las reacciones químicas a nivel molecular aún es limitado.
Investigaciones previas han sugerido que la fuerza aplicada por las bolas en un molino de bolas acelera las reacciones químicas, pero la fundamentación teórica detrás de la síntesis orgánica mecanocanémica sigue siendo incipiente. Para avanzar en este campo hacia su consideración como una estrategia convencional, es fundamental profundizar en la comprensión de la cinética de las reacciones mecanocanémicas.
Desarrollo de una nueva teoría sobre cinética en reacciones mecanocanémicas
Un grupo de investigación liderado por el profesor asociado Tetsuya Yamamoto, del Instituto para el Diseño y Descubrimiento de Reacciones Químicas de la Universidad de Hokkaido, ha desarrollado una teoría que predice las tasas de reacción en reacciones orgánicas mecanocanémicas utilizando un molino de bolas. Este trabajo, publicado en la revista RSC Mechanochemistry, es resultado de la colaboración entre expertos en química orgánica y reología.
Las reacciones químicas que tienen lugar entre reactivos sólidos ocurren en la interfaz de estos, donde se forma el producto. La nueva teoría sostiene que la velocidad de reacción está determinada por una capa rica en productos que se forma en esta interfaz. Cuando las bolas del molino colisionan, se aplica una fuerza sobre esta interfaz, lo que reduce el grosor de la capa rica en productos y provoca colisiones más rápidas entre los reactivos, incrementando así la formación del producto.
Según el profesor Yamamoto, «este estudio representa el primer intento de desarrollar una teoría cinética de reacciones mecanocanémicas centrada en las interfaces». Esta investigación sienta las bases para el desarrollo de teorías que puedan ofrecer una mayor comprensión del mecanismo de aceleración de reacciones por fuerzas mecánicas aplicadas. Su colega, el profesor asociado Koji Kubota, añade que «los mecanismos de reacción en los procesos mecanocanémicos siguen siendo en gran medida enigmáticos. Los enfoques experimentales han demostrado ser insuficientes para dilucidar completamente estos mecanismos. Sin embargo, a través de una colaboración excepcional en el WPI-ICReDD, hemos logrado desarrollar un marco teórico preliminar que nos permite entender mejor el papel de las fuerzas mecánicas en la conducción de reacciones mecanocanémicas».
Más información:
Tetsuya Yamamoto et al, Scaling theory for the kinetics of mechanochemical reactions with convective flow, RSC Mechanochemistry (2024). DOI: 10.1039/D4MR00091A
