Crean un método para fabricar plásticos sin metales pesados ni disolventes tóxicos

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, la epoxidación de alquenos, empleando solo oxígeno o aire, sin necesidad de utilizar catalizadores.

Los epóxidos son esenciales en la producción de plásticos y resinas epoxi, así como en la fabricación de productos farmacéuticos, detergentes, fragancias y sabores

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.

Reacción que usa metales pesados

“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, 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.

Por el contrario, el método desarrollado por el ITQ permite obtener epóxidos sin utilizar catalizadores, lo que se consideraba inviable hasta ahora. Además, sus resultados muestran altos niveles de rendimiento y una selectividad de hasta un 90%, porcentaje que hace referencia a la preferencia de una reacción química por formar un compuesto específico, cuando existe la posibilidad de que sucedan varios resultados diferentes.

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 polímeros, lubricantes y fármacos.

El nuevo método puede combinarse con otros procesos de síntesis en un solo reactor y cuenta con un bajo coste operativo

“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.

Referencia:

Hervàs-Arnandis, S., Garnes-Portolés, F., Rodríguez-Nuévalos, S. et al. Uncatalyzed aerobic epoxidation of liquid alkyl alkenes. Nature Communications (2025).