04.04.2022 - Universität Bayreuth

Los investigadores desarrollan un catalizador para la producción sostenible de importantes precursores químicos

La extraordinaria selectividad va unida a una eficiencia inusualmente alta

Las alfa-olefinas, formadas por carbono e hidrógeno, son los precursores más importantes de la industria química. Investigadores de la Universidad de Bayreuth presentan en la revista "Science" un descubrimiento que abre perspectivas hasta ahora inimaginables para el diseño y la producción selectiva y sostenible de estos productos químicos. Han desarrollado un catalizador altamente selectivo que, por primera vez, permite producir con etileno un número potencialmente infinito de variaciones de alfa-olefinas con una precisión milimétrica. Hasta ahora, estos métodos de producción selectiva sólo estaban disponibles para tres alfa-olefinas. El nuevo catalizador se basa en el titanio, uno de los metales más abundantes de la corteza terrestre.

"Es probable que nuestra publicación desencadene un gran número de proyectos de investigación que utilizarán nuestro catalizador o catalizadores estructuralmente similares para producir selectivamente alfa-olefinas de estructura muy diferente y utilizarlas, a su vez, como materiales de partida para productos innovadores. Hasta ahora, las alfa-olefinas sólo podían producirse en mezclas de etileno, con tres excepciones. Nuestra síntesis de alfa-olefinas se basa esencialmente en dos principios de construcción, la elongación y la ramificación. Estos pueden controlarse con gran precisión con el nuevo catalizador", explica el Prof. Dr. Rhett Kempe, autor correspondiente del estudio, que es catedrático de Química Inorgánica II - Diseño de Catalizadores en la Universidad de Bayreuth.

En la actualidad se producen en todo el mundo más de 32 millones de toneladas de alfa-olefinas basadas en el etileno. Se utilizan para la producción industrial de productos indispensables en la vida cotidiana, por ejemplo, medicamentos, detergentes y plásticos. Las alfa-olefinas utilizadas en este proceso difieren en cuanto a su tamaño y estructura. Por esta razón, la industria química lleva muchas décadas buscando urgentemente catalizadores con los que se puedan producir con mayor precisión las moléculas necesarias en cada caso. A este respecto, la investigación química sólo ha tenido hasta ahora un éxito moderado: sólo se han desarrollado catalizadores altamente selectivos para tres alfa-olefinas en cada caso, para el 1-buteno (1960), el 1-hexeno (1989) y el 1-octeno (2004). Todas las demás alfa-olefinas vitales para la industria siguen estando disponibles únicamente como componentes de mezclas. Si sólo se necesita una olefina de una mezcla de este tipo, el resto de la mezcla es un residuo: se producen varias toneladas de residuos por una tonelada de producto. Además, la separación de las sustancias requiere mucha energía. En este contexto, el catalizador presentado en "Science" supone un avance decisivo en términos de síntesis sostenible. Es altamente selectivo para muchas variaciones, potencialmente infinitas, de las alfa-olefinas.

Esta extraordinaria selectividad va unida a una eficiencia inusualmente alta: El catalizador desarrollado en Bayreuth funciona a una velocidad enorme que normalmente sólo se da en las enzimas más activas, que sólo pueden mediar en reacciones mucho más simples a esas velocidades. El catalizador de Bayreuth puede escindir un enlace C-H 100.000 veces por segundo a temperatura ambiente y transferir el átomo de hidrógeno a otra molécula.

"Los resultados de nuestra investigación muestran el gran dinamismo de la investigación de catalizadores. Demuestran una vez más que los retos fundamentales de las ciencias naturales asociados a la cuestión de la sostenibilidad, como el cambio climático, la energía, la salud y la conservación de los recursos, pueden abordarse mediante la catálisis", afirma Kempe.

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