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Atrapando al diablo


La revista Nature Chemistry, del prestigioso grupo editorial Nature, ha publicado un artículo sobre el reciente trabajo de un grupo de químicos de la Universitat de Girona (UdG). El artículo, que aparecerá en el próximo número de la revista y que ya puede ser consultado en su versión on-line, recoge la manera cómo se ha conseguido generar, detectar y estudiar con éxito el Fe(V).
El hierro es el metal por excelencia seleccionado por los sistemas vivos para llevar a cabo muchas de las reacciones que fundamentan la vida, como por ejemplo la respiración, la síntesis de sustancias indispensables, la destrucción de tóxicos, la obtención de energía o la fijación del N2 atmosférico. El hierro es también el metal ‘ideal’ para la química moderna sostenible, ya que no es tóxico. Para provocar todas estas reacciones, el hierro tiene la facultad única de formar especies extremadamente reactivas.

Una de estas especies es la ordinariamente conocida como Fe(V), en la que el átomo de hierro ha perdido 5 electrones y es extremadamente reactivo en la recuperación de estos electrones. Por ejemplo, la existencia de este Fe(V) se ha postulado como el agente que desarrolla la química en las bacterias que degradan contaminantes persistentes como los hidrocarburos aromáticos constituyentes del petróleo, una reacción que no tiene equivalente en los libros de química orgánica tradicionales, y por ello recibe mucho interés de la investigación química y biotecnológica contemporánea.

No obstante, la observación del Fe(V) es todavía uno de los santos griales de la química. Generalmente se ha aceptado que, debido a su reactividad, estas especies tienen un período de vida muy corto y que, debido a ello, son muy raramente observables. Estas especies son, pues, auténticos demiurgos que hacen posibles reacciones imposibles y que, sistemáticamente, escapan a su observación.

Exitoso trabajo

Este problema ha sido plasmado de forma exitosa en un reciente trabajo de un equipo de investigadores integrado por la estudiante de doctorado Irene Prat y los doctores Xavi Ribas y Miquel Costas, del grupo de investigación Química Bioinorgánica y Supramolecular (QBIS) del Departamento de Química de la Universitat de Girona (UdG). La investigación ha conseguido generar, detectar y estudiar el Fe(V) con la colaboración de la Doctora Mireia Güell y el Doctor Josep Maria Luís, del Instituto de Química Computacional del Departamento de Química de la UdG, y la Doctora Jennifer Mathiesson y el profesor Lee Cronin de la Universidad de Glasgow.

Para conseguir su objetivo, el equipo de Girona ha diseñado un sistema contenedor complejo y extremadamente resistente a la degradación química, ha trabajado a temperaturas muy bajas para estabilizar el compuesto, ha utilizado marcajes isotópicos para identificarlo y ha validado su existencia y química utilizando herramientas computacionales.

Instrumentos de una altísima sensibilidad química

La colaboración con la Universidad de Glasgow ha permitido la utilización de instrumentos de caracterización de altísima sensibilidad química operando a muy bajas temperaturas. El  resultado ha sido la detección del Fe(V), su caracterización y la observación de que esta especie participa en reacciones similares a las que se producen en la degradación natural de los hidrocarburos.

La publicación científica Nature Chemistry del prestigioso grupo editorial Nature ya ha publicado la versión on-line del artículo titulado ‘Observation of Fe(V)=O using variable temperature mass spectrometry and its enzyme-like C–H and C=C oxidation reactions’, y en el próximo número de la citada revista aparecerá en papel. Esta investigación forma parte de un proyecto de excelencia (ERC Starting Grant) de la Unión Europea y está cofinanciado por el Ministerio de Ciencia e Innovación y por el programa ICREA Acadèmia de la Generalitat de Catalunya.

El hierro es el metal por excelencia seleccionado por los sistemas vivos para llevar a cabo muchas de las reacciones que fundamentan la vida, como por ejemplo la respiración, la síntesis de sustancias indispensables, la destrucción de tóxicos, la obtención de energía o la fijación del N2 atmosférico. El hierro es también el metal ‘ideal’ para la química moderna sostenible, ya que no es tóxico. Para provocar todas estas reacciones, el hierro tiene la facultad única de formar especies extremadamente reactivas.

Una de estas especies es la ordinariamente conocida como Fe(V), en la que el átomo de hierro ha perdido 5 electrones y es extremadamente reactivo en la recuperación de estos electrones. Por ejemplo, la existencia de este Fe(V) se ha postulado como el agente que desarrolla la química en las bacterias que degradan contaminantes persistentes como los hidrocarburos aromáticos constituyentes del petróleo, una reacción que no tiene equivalente en los libros de química orgánica tradicionales, y por ello recibe mucho interés de la investigación química y biotecnológica contemporánea.

No obstante, la observación del Fe(V) es todavía uno de los santos griales de la química. Generalmente se ha aceptado que, debido a su reactividad, estas especies tienen un período de vida muy corto y que, debido a ello, son muy raramente observables. Estas especies son, pues, auténticos demiurgos que hacen posibles reacciones imposibles y que, sistemáticamente, escapan a su observación.

Exitoso trabajo

Este problema ha sido plasmado de forma exitosa en un reciente trabajo de un equipo de investigadores integrado por la estudiante de doctorado Irene Prat y los doctores Xavi Ribas y Miquel Costas, del grupo de investigación Química Bioinorgánica y Supramolecular (QBIS) del Departamento de Química de la Universitat de Girona (UdG). La investigación ha conseguido generar, detectar y estudiar el Fe(V) con la colaboración de la Doctora Mireia Güell y el Doctor Josep Maria Luís, del Instituto de Química Computacional del Departamento de Química de la UdG, y la Doctora Jennifer Mathiesson y el profesor Lee Cronin de la Universidad de Glasgow.

Para conseguir su objetivo, el equipo de Girona ha diseñado un sistema contenedor complejo y extremadamente resistente a la degradación química, ha trabajado a temperaturas muy bajas para estabilizar el compuesto, ha utilizado marcajes isotópicos para identificarlo y ha validado su existencia y química utilizando herramientas computacionales.

Instrumentos de una altísima sensibilidad química

La colaboración con la Universidad de Glasgow ha permitido la utilización de instrumentos de caracterización de altísima sensibilidad química operando a muy bajas temperaturas. El  resultado ha sido la detección del Fe(V), su caracterización y la observación de que esta especie participa en reacciones similares a las que se producen en la degradación natural de los hidrocarburos.

La publicación científica Nature Chemistry del prestigioso grupo editorial Nature ya ha publicado la versión on-line del artículo titulado ‘Observation of Fe(V)=O using variable temperature mass spectrometry and its enzyme-like C–H and C=C oxidation reactions’, y en el próximo número de la citada revista aparecerá en papel. Esta investigación forma parte de un proyecto de excelencia (ERC Starting Grant) de la Unión Europea y está cofinanciado por el Ministerio de Ciencia e Innovación y por el programa ICREA Acadèmia de la Generalitat de Catalunya.


Imagen: Espectro de masas mostrando la detección del “Fe(V)” a -40 ºC. El conjunto de los átomos que rodean el Fe son un “contenedor atómico” que aísla y ofrece “estabilidad” a esta especie. A pesar de todo, en estas condiciones de aislamiento y temperatura, el tiempo de vida es sólo de minutos.

http://www.nature.com/nchem/journal/vaop/ncurrent/full/nchem.1132.html


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