Durante décadas, se ha investigado un catalizador adecuado para sintetizar selectivamente epóxidos (plásticos) a partir de alquenos con aire. En este trabajo, se demuestra que la epoxidación aeróbica selectiva de alquenos de alquilo industriales en fase líquida se produce sin catalizadores, disolventes, ni aditivos.
Los plásticos de alquilo son moléculas orgánicas fundamentales en la industria, con una amplia aplicación en nuestra sociedad en productos de diferente tipo que usamos a diario, en diversos empleos como es el ejemplo de la construcción, la electrónica o los adhesivos y mucho más.
Plásticos con menos químicos
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 realizar una reacción fundamental en la industria química y del plástico, la epoxidación de alquenos, empleando solo oxígeno o aire, sin necesidad de utilizar catalizadores.
Esto permite fabricar productos industriales como plásticos, productos farmacéuticos y detergentes sin emplear disolventes tóxicos ni metales pesados. El nuevo método ha sido patentado y sus resultados se publican en la revista Nature Communications.
La epoxidación de alquenos es una reacción fundamental en la industria química, en la que un alqueno, una molécula orgánica formada por carbono e hidrógeno, se transforma en un epóxido, compuesto muy reactivo que es muy útil en muchas reacciones químicas e industriales.
Estas sustancias son esenciales, por ejemplo, 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.
Un nuevo compuesto más versátil
“Los alquenos son como piezas de Lego hechas solo de carbono e hidrógeno, con un doble enlace entre dos de sus átomos de carbono. Ese doble enlace es una especie de punto débil, donde la molécula es más reactiva”, explica Antonio Leyva Pérez, investigador científico del CSIC en el ITQ (UPV-CSIC) y coautor de la investigación.
Según Leyva, la epoxidación es la reacción química que toma esas piezas de Lego, los alquenos, y les añade un átomo de oxígeno para formar una estructura de tres átomos, dos de carbono y uno de oxígeno. “El resultado es un nuevo compuesto, el epóxido (plástico) mucho más reactivo y versátil, una pieza clave que de hecho abre muchas puertas en el ámbito de la química”, añade.
Hasta ahora, uno de los métodos más comunes para obtener epóxidos es la epoxidación catalítica, un proceso químico en el que los alquenos consiguen el átomo de oxígeno a partir del peróxido de hidrógeno, comúnmente conocido como agua oxigenada. Sin embargo, para que el peróxido done el átomo de oxígeno a los alquenos es necesario la utilización de catalizadores, donde se emplean metales como el vanadio o el titanio, que actúan como ‘mediadores moleculares’ para convertir los alquenos en epóxidos.
Plástico sin necesidad de catalizadores en su producción
Para conseguirlo, el sistema emplea distintas formas: se puede realizar la reacción utilizando aire a presiones moderadas (entre 3 y 5 bares); empleando el contacto directo con el aire, donde la reacción puede ocurrir de manera espontánea a temperatura ambiente, algo también inédito hasta el momento; y aplicando oxígeno y calor, con temperaturas entre los 100 y los 200 °C.
“Gracias a este proceso, cabe la posibilidad de eliminar tanto el agua oxigenada como los aditivos y el disolvente empleados hasta ahora en la industria, sustituyéndolo todo por aire simplemente. De esta forma, se reducen los costes de producción en más de un 50 %”, asegura Judit Oliver, investigadora del CSIC en el ITQ (UPV-CSIC) y coautora de la investigación.
Un método escalable industrialmente
Entre las ventajas del nuevo método, destaca su sencillez y que se puede aplicar a diferentes tipos de alquenos, incluidos los derivados de la biomasa. Además, puede integrarse directamente en procesos químicos muy comunes como, por ejemplo, la preparación de plásticos, polímeros, lubricantes y fármacos.
“Este proceso crea nuevas oportunidades para la síntesis en un solo paso o one-pot, en la que todos los reactivos se combinan en un solo recipiente sin necesidad de aislar o purificar los intermedios formados entre cada paso”, explica Susi Hervàs Arnandis, investigadora predoctoral en el ITQ (UPV-CSIC) en cuya tesis se enmarca este trabajo.
Así, el nuevo método puede combinarse con otros procesos de síntesis en un solo reactor, y cuenta con un bajo coste operativo porque necesita menos etapas, menos materiales y equipos más simples que los utilizados tradicionalmente para obtener la misma reacción. Esto se traduce en que es más sencillo escalarlo industrialmente.
La simplicidad del procedimiento (solo el alqueno líquido puro y aire) permite realizar la reacción de epoxidación con reacciones previas de formación del alqueno o posteriores de apertura del epóxido, para lograr una variedad de productos ‘plásticos’ orgánicos de relevancia industrial en un solo recipiente. ECOticias.com
