Un equipo de investigación del Instituto de Tecnología Química (ITQ) ha desarrollado un innovador método para la epoxidación de alquenos, crucial en la industria química, que utiliza únicamente oxígeno o aire, eliminando la necesidad de metales pesados y disolventes tóxicos. Este avance permite la producción sostenible de plásticos, productos farmacéuticos y detergentes, reduciendo costos en más del 50% y aumentando la eficiencia con una selectividad del 90%. El proceso, patentado y publicado en Nature Communications, es escalable industrialmente y puede integrarse fácilmente en procesos químicos comunes, ofreciendo una alternativa más segura y económica a los métodos tradicionales.
Un equipo de investigación del Instituto de Tecnología Química (ITQ), una colaboración entre el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universitat Politècnica de València (UPV), ha dado un paso significativo en la industria química al desarrollar un método innovador para la epoxidación de alquenos. Este proceso se realiza utilizando únicamente oxígeno o aire, eliminando la necesidad de catalizadores y disolventes tóxicos. Esta técnica tiene el potencial de revolucionar la producción de plásticos, productos farmacéuticos y detergentes, al tiempo que evita el uso de metales pesados. Los hallazgos han sido patentados y se han publicado en la revista Nature Communications.
La epoxidación de alquenos es una reacción clave en la química industrial, donde los alquenos, compuestos orgánicos formados por carbono e hidrógeno, se convierten en epóxidos. Estos últimos son compuestos altamente reactivos que desempeñan un papel crucial en diversas aplicaciones, como la fabricación de plásticos y resinas epoxi, así como en la producción de productos farmacéuticos, detergentes y aromas.
Antonio Leyva Pérez, investigador del CSIC en el ITQ y coautor del estudio, explica que “los alquenos pueden considerarse como piezas de Lego compuestas solo por carbono e hidrógeno, con un ‘doble enlace’ que actúa como punto débil. La epoxidación añade un átomo de oxígeno a esta estructura, formando un epóxido mucho más versátil”. Hasta ahora, el método convencional para obtener epóxidos requería peróxido de hidrógeno y metales como vanadio o titanio como catalizadores.
El nuevo enfoque del ITQ permite llevar a cabo esta reacción sin necesidad de catalizadores, lo que antes se consideraba inviable. Los resultados muestran una selectividad del 90%, lo que indica una alta preferencia por formar el compuesto deseado. El proceso puede realizarse utilizando aire a presiones moderadas o mediante contacto directo con el aire a temperatura ambiente, así como aplicando oxígeno y calor a temperaturas entre 100 y 200 °C.
Este método no solo simplifica el proceso químico al requerir solo alqueno puro y aire u oxígeno como reactivos, sino que también puede aplicarse a diferentes tipos de alquenos, incluidos aquellos derivados de biomasa. Judit Oliver, investigadora del CSIC en el ITQ y coautora del estudio, destaca que “este proceso podría eliminar tanto el peróxido como los aditivos utilizados hasta ahora, reduciendo los costes de producción en más del 50%”.
Susi Hervàs Arnandis, investigadora predoctoral en el ITQ, señala que este nuevo método abre la puerta a oportunidades para síntesis en un solo paso (“one-pot”), donde todos los reactivos se combinan en un único recipiente sin necesidad de aislar intermedios. Esto permite integrar el proceso con otras síntesis comunes en un solo reactor.
Con la posibilidad de escalar este método a nivel industrial, se prevé sustituir los reactores específicos utilizados para agua oxigenada por otros más simples. Leyva enfatiza que “esto resultará en un proceso más seguro y sostenible”, ya que el agua oxigenada es corrosiva y explosiva.
El trabajo fue realizado por el Grupo de Catálisis para Reacciones Orgánicas Sostenibles del ITQ dentro del marco doctoral de Susi Hervàs Arnandis. También participaron Francisco Garnes Portolés y Silvia Rodríguez Nuévalos como coautores. Los resultados obtenidos están protegidos mediante patente registrada.
| Cifra | Descripción |
|---|---|
| 90% | Selectividad del método en la formación de epóxidos |
| 3 - 5 bares | Presiones a las que se puede realizar la reacción |
| 100 - 200 °C | Temperaturas a las que se puede realizar la reacción |
| Más de un 50% | Reducción de costes de producción |
La epoxidación de alquenos es una reacción química fundamental en la industria química, donde un alqueno se transforma en un epóxido, un compuesto muy reactivo que es útil en muchas reacciones químicas e industriales, incluyendo la producción de plásticos y productos farmacéuticos.
El nuevo método permite realizar la epoxidación de alquenos utilizando solo oxígeno o aire, sin necesidad de catalizadores ni disolventes tóxicos. Esto representa una innovación significativa en comparación con los métodos tradicionales que requieren metales como el vanadio o el titanio.
Las ventajas incluyen la eliminación de disolventes tóxicos y metales pesados, una reducción del coste de producción en más del 50%, y la posibilidad de escalarlo industrialmente debido a su sencillez y bajo coste operativo.
Este método es más seguro porque permite sustituir reactores específicos para agua oxigenada por otros más simples y menos corrosivos. Además, al usar aire como reactivo, se mejora la sostenibilidad del proceso.
El método puede aplicarse en la fabricación de plásticos, productos farmacéuticos, detergentes, fragancias y sabores, así como en procesos químicos comunes como la preparación de polímeros y lubricantes.