Una nueva vía hacia una química sintética segura y sostenible
El CO₂ como fuente de oxígeno: la Universidad de Bayreuth revoluciona la química de la oxidación
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Las reacciones de oxidación son indispensables para la industria química, pero desde el punto de vista de la seguridad de los procesos se encuentran entre las transformaciones más complejas. Un equipo de investigación de la Universidad de Bayreuth, en colaboración con socios internacionales, ha presentado ahora un enfoque fundamentalmente nuevo para las reacciones de oxidación en el que se utiliza dióxido de carbono como fuente de oxígeno para la síntesis química. Esto hace que la reacción sea más segura y sostenible. Los investigadores describen este nuevo enfoque enla revista Science.
Los procesos de oxidación no solo se observan en la vida cotidiana —por ejemplo, cuando el hierro se oxida o los combustibles se queman—, sino que también son indispensables en la industria: la transformación de moléculas mediante oxidación produce principios activos farmacéuticos y precursores de plásticos. Algunos materiales de uso cotidiano, como las pinturas y los recubrimientos, solo se endurecen mediante oxidación. A escala industrial, sin embargo, donde la seguridad y la controlabilidad son de vital importancia, las reacciones de oxidación se evitan siempre que es posible, ya que plantean riesgos de seguridad. Muchas oxidaciones generan calor, lo que puede provocar el denominado «descontrol térmico», en el que la reacción se acelera de forma incontrolable y puede dar lugar a incendios o explosiones. En particular, el uso de oxígeno como agente oxidante presenta un riesgo de explosión. Otros agentes oxidantes también son difíciles de controlar debido a sus propiedades químicamente agresivas.
«En este contexto, hemos desarrollado un nuevo enfoque en el que el dióxido de carbono sirve como fuente de oxígeno para las reacciones de oxidación. Este avance transforma el CO₂ de un gas de efecto invernadero puramente inerte en un valioso reactivo sintético», afirma el Prof. Dr. Shoubhik Das, catedrático de Química Orgánica I en la Universidad de Bayreuth y autor principal del estudio. En su trabajo, los investigadores demuestran por primera vez un sistema de transferencia de oxígeno impulsado por la luz que utiliza directamente el CO₂ para la escisión oxidativa de alquenos en condiciones ambientales. Muchos plásticos se derivan de los alquenos, lo que hace que estas sustancias sean de gran importancia para la industria. «Gracias a un fotocatalizador heterogéneo robusto a base de hierro, la reacción se desarrolla a temperatura ambiente y a presión normal sin necesidad de utilizar agentes oxidantes peligrosos ni oxígeno a presión. Esto hace que la reacción sea más segura que las oxidaciones convencionales», explica Das. El carácter fotoinducido de la reacción también hace que el enfoque sea energéticamente eficiente.
«Más allá de establecer una nueva reacción, nuestro enfoque abre una vía para procesos de oxidación que satisfacen las crecientes exigencias de seguridad industrial, sostenibilidad y producción ecológica. En última instancia, nuestra investigación contribuye a un futuro en el que las transformaciones químicas fundamentales se desarrollen teniendo en cuenta la seguridad, la sostenibilidad y la responsabilidad medioambiental», afirma Das.
El estudio surgió de una colaboración internacional entre la Universidad de Bayreuth, el Instituto Leibniz de Catálisis, el Instituto CNR de Química de Compuestos Organometálicos, el Instituto CNR de Procesos Químicos y Físicos, la Universidad de Estocolmo, la Universidad Jagellónica, el Laboratorio Estatal Clave de Catálisis con Bajas Emisiones de Carbono y Aprovechamiento del Dióxido de Carbono, y el Politecnico di Milano. El trabajo fue financiado por una subvención del DTU (2035-00147B) y fondos iniciales de la Universidad de Bayreuth.
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Publicación original
Yuman Qin, Peng Ren, Jun Hu, Suman Pradhan, Thanh Huyen Vuong, Xiufang He, Lulu Alluhaibi, Nils Rockstroh, Susanna Monti, Giovanni Barcaro, Aleksander Jaworski, Piotr Kuśtrowski, Jabor Rabeah, Daniel Hohenberger, Sergey Bagnich, Anna Köhler, Josef Breu, Gianvito Vilé, Matthias Beller, Shoubhik Das; "Photocatalyzed oxidative cleavage of alkenes using CO2 as an oxygen donor"; Science, Volume 392
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