VALÈNCIA 23 Jul. –
Un grupo de investigación del Instituto de Tecnología Química (ITQ), centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universitat Politècnica de València (UPV), ha desarrollado un nuevo método para producir plásticos y productos farmacéuticos y detergentes sin metales ni disolventes tóxicos.
El nuevo método para realizar una reacción fundamental en la industria química, la epoxidación de alquenos, empleando solo oxígeno o aire, sin necesidad de utilizar catalizadores ni disolventes ha sido patentado y sus resultados se publican ahora en la revista Nature Communications, según ha informado el CSIC en un comunicado.
La epoxidación de alquenos es una reacción clave en la industria química, en la que un alqueno, una molécula orgánica compuesta por carbono e hidrógeno, se transforma en un epóxido, un compuesto muy reactivo y útil en diversas reacciones químicas e industriales.
Estos epóxidos son esenciales, entre otros, en la producción de plásticos y resinas epoxi (polímeros de gran resistencia y versatilidad utilizados en la construcción, la informática o la automoción), así como en la fabricación de productos farmacéuticos, detergentes, fragancias y sabores.
Al respecto, el investigador científico del CSIC en el ITQ (UPV-CSIC) y coautor de la investigación, Antonio Leyva Pérez, ha explicado que los alquenos son como piezas de Lego hechas solo de carbono e hidrógeno, con un ‘doble enlace’ entre dos de sus átomos de carbono, que actúa como un ‘punto débil’ donde la molécula es «más reactiva».
La epoxidación es la reacción química que toma esos alquenos y les añade un átomo de oxígeno para formar una nueva estructura de tres átomos, dos de carbono y uno de oxígeno. El resultado es «un nuevo compuesto, el epóxido, mucho más reactivo y versátil, una pieza clave que abre muchas puertas en el ámbito de la química».
Hasta ahora, uno de los métodos más comunes para obtener epóxidos es la epoxidación catalítica, donde los alquenos obtienen el átomo de oxígeno a partir del peróxido de hidrógeno, conocido como agua oxigenada. Sin embargo, es necesario el uso de catalizadores, utilizando metales como el vanadio o el titanio, que median en la conversión de alquenos en epóxidos.
Sin embargo, «el innovador» método desarrollado por el ITQ permite obtener epóxidos sin catalizadores, lo que se consideraba inviable hasta ahora. Además, sus resultados muestran «altos niveles de rendimiento y una selectividad de hasta un 90%, lo que indica la preferencia de la reacción química por formar un compuesto específico».
Para lograr esto, el sistema utiliza diversas condiciones: se puede realizar la reacción con aire a presiones moderadas (entre 3 y 5 bares); mediante contacto directo con el aire, donde la reacción puede ocurrir espontáneamente a temperatura ambiente; y aplicando oxígeno y calor, con temperaturas entre 100 °C y 200 °C.
Este proceso puede realizarse en un matraz común abierto al aire durante varias horas, lo que permite aumentar significativamente la producción actual. La reacción involucra interacciones entre los alquenos en estado líquido y el oxígeno del aire.
En estas condiciones, los alquenos forman radicales muy reactivos que activan el oxígeno del aire, generando un superóxido que reacciona con los alquenos para formar un producto intermedio, que luego interactúa con más oxígeno para dar lugar al producto final: un epóxido.
«Gracias a este proceso, se puede eliminar tanto el agua oxigenada como los aditivos y disolventes tradicionales, utilizando simplemente aire. Esto reduce los costes de producción en más de un 50 por ciento», afirma Judit Oliver, investigadora del CSIC en el ITQ (UPV-CSIC) y coautora de la investigación.
UN MÉTODO ESCALABLE INDUSTRIALMENTE
Este método no solo es sostenible, sino que también es fácil de implementar, ya que solo requiere de un alqueno puro y aire u oxígeno como reactivos. Además, es aplicable a diferentes tipos de alquenos, incluyendo aquellos derivados de la biomasa. Otra ventaja es su integración en procesos químicos comunes, como la preparación de polímeros, lubricantes y fármacos.
«Esto abre nuevas oportunidades para la síntesis en un solo paso (one-pot), donde todos los reactivos se combinan en un solo recipiente sin necesidad de aislar o purificar los intermedios formados», explica Susi Hervàs Arnandis, investigadora predoctoral en el ITQ (UPV-CSIC) y autora de este trabajo.
Así, el nuevo método puede combinarse con otros procesos de síntesis en un solo reactor, y tiene un bajo coste operativo al requerir menos etapas, materiales y equipos más simples. Esto facilita su escalado industrial.
«Con el escalado a nivel industrial, se pueden reemplazar los reactores específicos utilizados para agua oxigenada por otros más sencillos, dado que el agua oxigenada es corrosiva y explosiva, resultando en un proceso más seguro, sostenible y económico», afirma Antonio Leyva.
Este trabajo se ha llevado a cabo en el Grupo de Catálisis para Reacciones Orgánicas Sostenibles del ITQ, en el marco de la tesis doctoral de Susi Hervàs Arnandis, bajo la dirección de Judit Oliver y Antonio Leyva Pérez. También han participado como coautores Francisco Garnes Portolés y Silvia Rodríguez Nuévalos, quienes fueron miembros del grupo de investigación. Los resultados están protegidos mediante una patente registrada con el número P202430625.