De ani de zile, cercetătorii și liderii din industrie au încercat să găsească modalități de a transforma aceste hidrocarburi simple direct în substanțe chimice utile, în loc să le ardă, potrivit Science Daily.
Provocarea constă în faptul că metanul și gazele similare sunt extrem de stabile și nu reacționează ușor, ceea ce a limitat utilizarea lor ca materii prime durabile pentru producție.
O echipă de cercetători condusă de Martín Fañanás de la Centrul de Cercetare în Chimie Biologică și Materiale Moleculare (CiQUS) de la Universitatea din Santiago de Compostela a dezvoltat acum o nouă metodă de transformare a metanului și a altor componente ale gazului natural în „blocuri de construcție” chimice versatile, care pot fi utilizate pentru fabricarea de produse de mare valoare, inclusiv produse farmaceutice.
Studiul marchează un pas important către o economie chimică mai durabilă și circulară.
Într-o demonstrație istorică, echipa CiQUS a sintetizat pentru prima dată un compus bioactiv direct din metan. Compusul, dimestrolul, este un estrogen nesteroidian utilizat în terapia hormonală.
Producerea unei molecule atât de complexe din metan evidențiază potențialul acestei abordări de a transforma un gaz abundent și ieftin în substanțe chimice sofisticate și importante din punct de vedere comercial.
Activarea metanului
Cercetătorii s-au concentrat pe o reacție cunoscută sub numele de alilare. Acest proces atașează un mic fragment chimic numit grup alilic la o moleculă de gaz, conferindu-i efectiv un „mâner” funcțional (un grup alilic) pe care chimiștii îl pot utiliza în etapele ulterioare.
Cu acest mâner în poziție, molecula modificată poate fi transformată într-o gamă largă de produse, de la ingrediente farmaceutice la produse chimice industriale obișnuite.
Un obstacol major a fost tendința sistemului catalitic de a declanșa reacții de clorurare nedorite, care au creat produse secundare și au redus eficiența. Controlul acestor reacții secundare era esențial pentru ca procesul să fie practic.
Catalizatorul de fier personalizat controlează radicalii liberi
Pentru a rezolva această problemă, echipa a proiectat un catalizator supramolecular specializat.
Catalizatorul gestionează cu atenție intermediarii radicali foarte reactivi, astfel încât aceștia să determine transformarea dorită fără a provoca reacții secundare nedorite.
Fotocataliză durabilă folosind fier și lumină LED
Dincolo de precizia sa chimică, metoda se remarcă și prin avantajele sale ecologice. Se bazează pe fier, care este ieftin, disponibil pe scară largă și mult mai puțin toxic decât metalele rare și prețioase utilizate adesea în chimia catalitică. Reacția se desfășoară la temperaturi și presiuni relativ moderate și este alimentată de lumină LED. Împreună, aceste caracteristici reduc consumul de energie și impactul asupra mediului.
Această descoperire face parte dintr-un efort de cercetare mai amplu susținut de Consiliul European pentru Cercetare (CEC), care vizează transformarea componentelor primare ale gazelor naturale în substanțe chimice mai valoroase.
Către o economie chimică circulară
Conversia gazelor naturale în intermediari chimici flexibili ar putea extinde opțiunile industriale și reduce treptat dependența de materiile prime petrochimice tradiționale. Cercetarea beneficiază de mediul științific puternic de la CiQUS, care deține acreditarea CIGUS din partea guvernului galician, ca recunoaștere a excelenței și impactului său în domeniul cercetării.
Centrul primește, de asemenea, finanțare importantă din partea Uniunii Europene prin Programul Galicia FEDER 2021-2027, care sprijină progresul științific cu un potențial clar de transfer tehnologic și beneficii socioeconomice mai ample.