27.10.2020 - RUDN University

Un químico de la Universidad de RUDN creó un catalizador a partir de la cáscara de naranja para la producción de compuestos orgánicos

Los N-heterociclos son sustancias orgánicas utilizadas en la industria química y en la medicina. Para producirlos, se utilizan catalizadores caros hechos de metales nobles. Un químico de la Universidad de RUDN desarrolló un nanocatalizador para los N-heterociclos que consiste en óxido de zinc y niobio y que se puede obtener usando piel de naranja sin ningún agente químico adicional. El catalizador hace que la reacción sea casi 100% efectiva, aumentando así la eficiencia y reduciendo el costo de la producción de los N-heterociclos. Los resultados del estudio se publicaron en la revista Catalysis Today.

Los N-heterociclos se utilizan en la producción de plásticos y medicamentos (quinina, morfina, pirámide) y como colorantes. Su síntesis requiere el uso de catalizadores basados en metales nobles caros como el oro, el paladio o el iridio. Todos los intentos anteriores de utilizar otros elementos han sido infructuosos debido a la baja eficiencia o la inestabilidad de los productos finales. Sin embargo, un químico de la Universidad de RUDN desarrolló un nanocatalizador basado en metales más baratos: el niobio y el zinc. El nuevo catalizador proporciona una eficiencia de casi el 100% de la síntesis del ciclo N-heterocíclico, y su precursor (o molécula de plataforma) es el ácido levulínico.

"El ácido levulínico es una de las 10 moléculas de plataforma más prometedoras que se pueden obtener fácilmente a partir de la biomasa. La transformación del ácido levulínico en N-heterociclos se ha convertido recientemente en un tema popular porque los N-heterociclos demostraron ser útiles en las industrias farmacéutica, agroquímica y de polímeros", dijo Rafael Luque, PhD, jefe del Centro de Diseño Molecular y Síntesis de Compuestos Innovadores para la Ciencia de la Medicina de la Universidad RUDN.

Su equipo utilizó un método mecanoquímico para crear el nanocatalizador: es decir, sus componentes fueron simplemente mezclados en un molino especial sin disolventes u otros aditivos. La cáscara de naranja sirvió como plantilla para la preparación del catalizador. La cáscara molida, el acetato de zinc seco y 18 bolas de acero de 1 cm se pusieron en el molino y se mezclaron a 350 revoluciones por minuto durante 20 minutos. Después de eso, la mezcla se calentó a 200? durante dos horas. Como resultado, se formaron nanopartículas de óxido de zinc. La cáscara de naranja se utilizó para dar al acetato de zinc una superficie en la que concentrarse, y también para ayudar a formar compuestos intermedios. Los restos de la cáscara fueron parcialmente removidos de la mezcla en el curso del calentamiento. Después, las nanopartículas de óxido de zinc se combinaron en la trituradora con partículas que contenían niobio, de modo que la concentración del metal en el producto final alcanzara del 2,5% al 10%.

Para probar el nuevo nanocatalizador, los químicos lo utilizaron para transformar el ácido levulínico en un heterociclo N. El equipo seleccionó la proporción más eficiente del catalizador: 10% de niobio a 90% de óxido de zinc. En este caso, casi todo el ácido levulínico (94,5%) se transformó en el producto final sin subproductos, y los heterociclos N representaron el 97,4% del rendimiento.

"Este trabajo muestra que si jugamos con la estructura del catalizador, se pueden desarrollar compuestos valiosos a partir de los residuos biológicos. Utilizando residuos orgánicos y métodos ecológicos, podemos ofrecer una alternativa a la industria química moderna que es extremadamente dependiente de los combustibles fósiles", añadió Rafael Luque.

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