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6. Síntesis del OEC en el laboratorio
En las últimas décadas, las aplicaciones potenciales de una fotosíntesis artificial han llevado a los investigadores a intentar replicar este proceso natural en los laboratorios. Sin embargo, la síntesis del centro catalítico, el OEC, es muy complicada por diferentes razones. En primer lugar, está la dificultad de incorporar Ca2+ al clúster, puesto que su afinidad por el oxígeno es mucho menor que la afinidad de los iones manganeso. Por otro lado, el clúster natural presenta una estructura asimétrica, imposible de sintetizar en un laboratorio. Además, los ligandos biológicos son grupos carboxilatos y moléculas de agua, muy difíciles de introducir en complejos manganeso con altos estados de oxidación. Por último, hay que destacar el alto potencial redox del complejo debido a la presencia de iones manganeso en elevados estados de oxidación. [25]
En 2015, el grupo de Zhang consiguió sintetizar por primera vez un complejo asimétrico Mn4Ca. [18, 25] Para ello, utilizaron un proceso de dos pasos con un rendimiento final de aproximadamente el 50%. En el primer paso, sintetizaron un precursor utilizando BunNMnO4, Mn(CH3CO2)2·4H2O y Ca(CH3CO2)2 en CH3CN hirviendo y en un exceso de (CH3)3CCOOH. En el segundo paso, trataron el precursor con una base orgánica, piridina, en CH3COOCH2CH3 para obtener el complejo de Mn4Ca.
Pese a las diferencias entre las estructuras del clúster natural y el sintetizado, el complejo artificial también es capaz de sufrir cuatro transiciones redox y actúa como catalizador en la reacción de separación del agua.
7. Conclusiones
La transformación de H2O en O2 es una reacción de oxidación que pese a su complejidad se produce de manera natural en los seres vivos (plantas y algas verdes). Conocer este mecanismo es crucial para poder replicar el proceso en un laboratorio y conseguir una fotosíntesis artificial, que ofrecería un potencial de aplicaciones extraordinario.
Dado que la función de la enzima (parte del fotosistema II) está estrechamente relacionada con su estructura, es necesario el estudio de las estructuras adquiridas por el OEC a lo largo del S-state cycle para formular e interpretar un mecanismo viable para esta reacción.
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