Atrapant el diable

Posted on 09/09/2011 per

2


Avui, el Dr. Miquel Costas del Departament de Química de la Universitat de Girona, ens escriu una entrada on ens explica el motiu pel qual un estudi dut a terme per investigadors del Departament de Química de la UdG, ha estat publicat a la prestigiosa Nature Chemistry.

Pep Anton

El Ferro és el metall per excel·lència triat pels sistemes vius per poder fer moltes de les reaccions que fonamenten la vida, tals com la respiració, la síntesi de substàncies indispensables, la destrucció de tòxics, l’obtenció d’energia, o la fixació del N2 atmosfèric. El ferro també representa el metall “ideal” per la química moderna sostenible ja que no és tòxic. Per poder fer moltes d’aquestes reaccions, el ferro té la única facultat de formar espècies extremadament reactives. Una d’aquestes espècies és la ordinàriament coneguda com “Fe(V)”, on l’àtom de ferro ha perdut 5 electrons i és extremadament reactiu per tal de recuperar aquests electrons. Per exemple, la existència d’aquest “Fe(V)” s’ha postulat com a l’agent que fa la química en els bacteris que degraden contaminants persistents com els hidrocarburs aromàtics constituents del petroli, una reacció que no té equivalent en els llibres de química orgànica tradicionals, i per això rep molt interès en la investigació química i biotecnològica moderna. No obstant, la observació del “Fe(V)” roman com un dels sants greals de la química. Generalment s’ha acceptat que degut a la seva reactivitat, aquestes espècies tenen temps de vida molt curts, i que per això són molt rarament observables. Aquestes espècies són doncs autèntics “demiurgos” que fan possibles reaccions altrament impossibles, i que sistemàticament escapen a la seva observació.

Espectre de masses mostrant la detecció del “Fe(V)” a -40 ºC. El conjunt dels àtoms que envolten el Fe són un “contenidor atòmic” que l’aïlla i dóna “estabilitat” a aquesta espècie. Tot i això, en aquestes condicions d’aillament i temperatura, el temps de vida és de minuts.

Aquest problema ha estat adreçat de manera exitosa en un treball recent d’un equip d’investigadors integrats per l’estudiant de doctorat Irene Prat, i els Drs Xavi Ribas i Miquel Costas, del grup de Química Bioinorgànica i Supramolecular (QBIS) del Departament de Química de la Universitat de Girona (UdG), en col·laboració amb la Dra Mireia Güell i el Dr Josep Maria Luis, de l’Institut de Química Computacional/Departament de Química (UdG), i la Dra Jennifer Mathiesson i el Prof Lee Cronin, de la University of Glasgow, que han aconseguit generar, detectar i estudiar el “Fe(V)”. Per fer-ho l’equip de Girona ha dissenyat un sistema contenidor (complex) extremadament resistent a la degradació química, ha treballat a molt baixes temperatures per estabilitzar el compost, ha utilitzat marcatge isotòpic per identificar-lo, i ha validat la seva existència i química amb eines computacionals. La col•laboració amb la University of Glasgow ha permès utilitzar instruments de caracterització d’altíssima sensibilitat química, operant a molt baixes temperatures. El resultat ha estat la detecció del “Fe(V)”, la seva caracterització, i l’observació que aquest “Fe(V)” participa en reaccions similars a les que es donen en la degradació natural dels hidrocarburs.

La publicació científica que recull aquest treball “Observation of Fe(V)=O using variable temperature mass spectrometry and its enzyme-like C–H and C=C oxidation reactions” ha estat recentment publicat a la versió on-line de la revista Nature Chemistry del prestigiós grup editorial Nature, i apareixerà al proper número de la revista. El treball forma part d’un projecte d’excel·lència (ERC Starting Grant) de la Unió Europea, i està cofinançat pel Ministerio de Ciencia i Innovacion i pel programa ICREA Acadèmia de la Generalitat de Catalunya.

Perfil de l’energia de Gibbs de la reacció entre el complexa de Fe(V) amb el trans-2-butè per formar el 3-hidroxibutan-2-ona. El perfil indica que la reacció te lloc de manera molt ràpida a temperatura ambient.

Advertisements
Posted in: article