La química puede parecer un mundo abstracto, pero un equipo de investigadores de POSTECH ha simplificado este mundo al demostrar cómo sintetizar un nuevo compuesto a base de flúor en menos de un segundo.
En una colaboración entre los departamentos de ingeniería química y química de POSTECH, liderados por los profesores Dong-Pyo Kim y Heejin Kim, respectivamente, los investigadores han desarrollado un nuevo método para sintetizar un intermedio llamado trifluorometilo (-CF3) a partir de fluoroformo (CHF3). El estudio ha sido publicado recientemente en Nature Communications, una revista de renombre internacional.
El flúor no se encuentra en su forma pura en la naturaleza, sino en diferentes compuestos químicos. Por ejemplo, el fluoruro de sodio, que contiene flúor, es un ingrediente común en la pasta de dientes por su capacidad para proteger los dientes contra las caries. Recientemente, se ha descubierto que las moléculas de drogas sintéticas que contienen flúor pueden atravesar eficazmente las membranas celulares de los tejidos enfermos y se unen fuertemente a las proteínas. Por lo tanto, existe un creciente interés en el desarrollo de medicamentos que contienen flúor.
Hay varias formas de sintetizar el trifluorometilo, pero la más rentable implica la sustitución de un átomo de hidrógeno del fluoroformo, un precursor simple, por otro elemento o grupo funcional. Sin embargo, el fluoroformo gaseoso es volátil, lo que dificulta su mezcla con líquidos y exhibe baja reactividad. Además, se descompone al instante, lo que requiere la adición de una sustancia que pueda reaccionar con él. Desafortunadamente, este proceso puede resultar en reacciones químicas no deseadas que llevan a un bajo rendimiento de trifluorometilo.
Para superar este desafío, el equipo de investigación desarrolló un novedoso reactor de gas-líquido con un canal en forma de zigzag y membranas no porosas altamente permeables situadas entre los canales superior e inferior. Esta configuración permitió la mezcla y el remolino de la superbasa, un líquido utilizado para la deshidrogenación, y el fluoroformo gaseoso dentro del reactor. Al dividir las burbujas de fluoroformo en piezas más pequeñas para aumentar el área de contacto entre el gas y el líquido, el equipo pudo producir eficazmente el anión trifluorometilo (CF3-). A diferencia de los enfoques tradicionales, lograron producir un intermedio de fluoruro eficazmente sin necesidad de estabilizadores o aditivos.
Después de producir el anión trifluorometilo, el equipo sintetizó un compuesto a base de flúor añadiendo inmediatamente un compuesto que reaccionaría con el intermedio del anión fluoruro. Todo el proceso, que implicaba la generación de un intermedio de anión de fluoruro a partir de fluoroformo, tuvo lugar en menos de un segundo. De esta manera, maximizaron la formación del anión trifluorometilo, que se sabe que es de vida corta, y facilitaron rápidamente la reacción subsiguiente antes de que el intermedio se descompusiera. Este método permitió un rendimiento mejorado de compuestos a base de fluoruro e introdujo una robusta técnica para la síntesis de medicamentos a base de flúor.
Estos hallazgos tienen implicaciones significativas para las aplicaciones industriales en la síntesis económicamente eficiente de compuestos de fluoruro, haciendo que sean más prácticos, y también contribuyendo de manera importante a los estudios sobre varios intermediarios inestables.
Referencia: http://dx.doi.org/10.1038/s41467-022-35611-9
