Hallan una nueva vía para producir materias primas clave para la industria química de forma más sostenible

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 catalizador, un material que acelera las reacciones químicas, para producir materias primas clave en la industria química de forma más sostenible.

El nuevo catalizador se aplica en la hidroformilación, una de las reacciones más importantes de la industria química que transforma compuestos baratos y abundantes, llamados olefinas, en aldehídos, materias primas para fabricar miles de productos de uso cotidiano. Perfumes, aromas alimentarios, plásticos, detergentes y medicamentos se basan en estas moléculas. El trabajo se publica en la revista 'Nature'.

La hidroformilación es una reacción química que transforma moléculas sencillas derivadas del petróleo o de plantas en otras más complejas y útiles. Lo hace añadiendo un átomo de carbono, junto con hidrógeno y oxígeno, para formar aldehídos, moléculas presentes de forma natural en muchos seres vivos y ampliamente utilizadas por la industria para fabricar plásticos, detergentes, perfumes y medicamentos.

Para ayudar a este proceso se utilizan catalizadores, materiales cuya función es acelerar la reacción y dirigirla para que se formen los productos deseados sin consumirse. En la industria se emplean habitualmente catalizadores basados en metales como el rodio o el cobalto.

"La reacción fue descubierta en 1938 por el químico alemán Otto Roelen y, desde entonces, se ha convertido en uno de los procesos fundamentales de la industria química para producir aldehídos a partir de olefinas", explica Avelino Corma, investigador ad honorem del CSIC en el ITQ.

Corma asegura que, en la actualidad, los procesos industriales basados en rodio "emplean habitualmente catalizadores homogéneos y ligandos de tipo fosfina, que presentan importantes inconvenientes desde el punto de vista de la toxicidad y la recuperación del catalizador".

El hallazgo conseguido por su grupo de investigación en el ITQ supone un cambio de paradigma respecto al conocimiento establecido sobre la hidroformilación.

En concreto, han conseguido estabilizar centros activos aislados de rodio en estado de oxidación en los canales de una zeolita tipo MFI: átomos individuales de rodio colocados dentro de los minúsculos canales de una zeolita (mineral con una estructura llena de poros y canales microscópicos) donde actúan como catalizadores para transformar moléculas en productos útiles.

Este centro presenta una actividad y una selectividad hacia el aldehído muy superior a las de otros centros activos de rodio convencionales.

El equipo del ITQ ha demostrado también que es posible controlar la selectividad de la reacción bloqueando centros activos menos selectivos. "El bloqueo selectivo de centros permite favorecer la actividad del centro responsable de la elevada producción del aldehído lineal", explica Patricia Concepción, investigadora del CSIC en el ITQ.

Este mecanismo ofrece una herramienta adicional para ajustar el comportamiento del catalizador en función de las condiciones del proceso y de las características de la materia prima utilizada. En otras palabras, abre nuevas opciones para el diseño de catalizadores más selectivos y eficientes.

Frente a los sistemas empleados actualmente, el nuevo catalizador presenta varias ventajas. Entre ellas destacan el uso de una cantidad reducida de rodio, la ausencia de ligandos tóxicos de fosfina, la posibilidad de recuperar y reutilizar el catalizador, una síntesis sencilla y potencialmente escalable y una elevada selectividad hacia el aldehído lineal.

Otro aspecto relevante es que el proceso puede llevarse a cabo en condiciones suaves de reacción, en torno a 80 °C, y el catalizador mantiene su actividad y selectividad con un amplio rango de olefinas. Esta versatilidad resulta especialmente interesante para una futura aplicación industrial, ya que permite trabajar con diferentes materias primas para obtener distintos aldehídos de interés.