Reemplazar un simple átomo en una molécula, sin alterar los demás, siempre ha sido un desafío para los químicos. Hoy en día, una técnica inédita basada en la luz simplifica esta operación.
El equipo de investigadores del KAIST (Corea del Sur) ha desarrollado un método que permite extraer un átomo de oxígeno de una molécula y reemplazarlo por un átomo de nitrógeno. Este proceso se realiza utilizando un procedimiento llamado fotocatálisis, que emplea la luz para iniciar reacciones químicas precisas.
La molécula de furano, elegida para este estudio, tiene una estructura circular particularmente estable, lo que hace que cualquier modificación sea delicada. Sin embargo, gracias a la fotocatálisis, los investigadores pudieron debilitar sus enlaces atómicos para lograr el intercambio atómico selectivo. La luz actúa aquí como un catalizador, rompiendo ciertos enlaces entre los átomos para crear nuevos. Al evitar temperaturas extremas o radiaciones intensas, este método es suave con la molécula pero muy eficaz.
La idea de utilizar la luz no es nueva. Químicos ya habían intentado este enfoque en la década de 1970. Sin embargo, las tecnologías actuales permiten una precisión mucho mayor, abriendo el camino a aplicaciones concretas en medicina.
En los medicamentos, reemplazar un átomo como el oxígeno por nitrógeno puede cambiar radicalmente sus propiedades: mayor eficacia, reducción de efectos secundarios, etc. Los heterociclos presentes en muchos medicamentos podrían ser modificados de manera más simple y directa.
Este descubrimiento, al permitir cambiar un átomo a la vez sin tener que reconstruir toda la molécula, podría acelerar el diseño de nuevos tratamientos al tiempo que reduce su costo de producción.
¿Qué es la fotocatálisis?
La fotocatálisis es un proceso químico en el que la luz se utiliza como desencadenante de una reacción. La energía de la luz, a menudo de radiación ultravioleta o visible, excita los electrones de un catalizador, permitiendo así iniciar transformaciones químicas específicas sin calor excesivo u otras condiciones drásticas.
Cuando una molécula recibe energía luminosa, entra en un estado excitado donde algunos de sus enlaces pueden romperse.
¿Por qué es importante la sustitución atómica?
La sustitución atómica consiste en reemplazar un átomo por otro en una molécula. Este procedimiento puede modificar significativamente las propiedades químicas, físicas o biológicas de una molécula, impactando, por ejemplo, la eficacia o toxicidad de un medicamento.
En medicina, la sustitución atómica permite crear medicamentos más eficaces ajustando precisamente su estructura molecular. También ofrece una reducción de efectos secundarios, optimizando las interacciones entre el medicamento y las células objetivo, sin tener que reconstruir toda la molécula.