Columna de Ciencia Emol - Decano Alejandro Toro-Labbé comenta sobre la nueva química sustentable

"La fuerza de la química radica en su ilimitada capacidad de reinventar procesos, en un marco de sustentabilidad ambiental y energética, capaces de crear compuestos en respuesta a los problemas y necesidades de la humanidad", indica el Dr. Alejandro Toro-Labbé.


Columna de Ciencia | La nueva química sustentable

Autor: Dr. Alejandro Toro-Labbé

Con una producción mundial de más de 140 millones de toneladas al año, el etileno es una de las principales materias primas para la industria química, especialmente la del plástico. Se usa para producir etilenglicol (anticongelante), estireno (para empaque y aislamiento) y polietileno, uno de los plásticos más comunes. Paradojalmente, si bien la sociedad obtiene importantes beneficios gracias a los procesos industriales que generan estas sustancias químicas, también pueden ser muy contaminantes, por lo que ha sido necesario reformular procesos para dar lugar a una industria química sustentable y más amigable con el medioambiente.

Fue lo que consiguieron los científicos que este 2021 recibieron el Premio Nobel de Química, quienes desarrollaron la llamada “catálisis orgánica asimétrica”. Benjamin List (Instituto Max Plank, Alemania) y David MacMillan (Universidad de Princeton, Estados Unidos), crearon una nueva y poderosa herramienta para la construcción molecular, que llegó para resolver uno de los principales problemas de la industria química, causante de desechos tóxicos como material particulado, o gases de efecto invernadero. ¿De qué se trata?

Veamos primero cómo se crean las moléculas que usamos en la industria. Las ciencias químicas son fundamentales para crear estas moléculas: nos sirven para formar nuevos materiales y obtener diversas sustancias con aplicaciones en la industria farmacéutica, la medicina, los alimentos, nutrientes para la agricultura y materiales para la vida diaria, entre otros usos, que ocupamos de forma cotidiana sin que mayormente nos enteremos. Para conseguir esto se requiere de los llamados “catalizadores”, que son sustancias que controlan y aceleran reacciones químicas, sin formar parte del producto final. 

El cuerpo humano, por ejemplo, tienen miles de catalizadores en forma de enzimas, que dan forma a las moléculas que necesitamos para sobrevivir. O los automóviles, poseen catalizadores que transforman las sustancias tóxicas de los gases de escape en moléculas inofensivas. Más del 80% de los productos químicos producidos a nivel mundial se fabrican mediante procesos que utilizan catalizadores, pero hasta ahora, solo dos tipos de catalizadores permitían que los químicos pudiésemos desarrollar nuestro trabajo: los metales y las enzimas.

Si bien la mayor parte de los catalizadores usados en la industria química contienen los metales llamados “de transición” -que son aquellos que eventualmente pueden contaminar y dañar el medioambiente-, esta situación comenzó a cambiar a partir del comienzo del milenio, cuando de forma simultánea desde Alemania y Estados Unidos, se gestaba esta verdadera “revolución química”, cuyos logros fueron reconocidos este año con el Premio Nobel. De manera independiente en sus laboratorios, Benjamin List y David MacMillan desarrollaban un tercer tipo de catálisis, la catálisis orgánica asimétrica, capaz de construir sobre pequeñas moléculas orgánicas.

La ventaja es que los catalizadores orgánicos tienen un marco estable de átomos de carbono al que muchos grupos químicos pueden unirse. Estos suelen contener elementos comunes como el oxígeno, nitrógeno, azufre o fósforo, de manera que son amigables con el medio ambiente y más económicos de producir. La expansión de estos catalizadores orgánicos ha sido veloz, ya que son los que pueden llevar a cabo la catálisis asimétrica que mencionamos. Esto porque, cuando las moléculas se construyen, se dan situaciones en las que dos moléculas distintas se pueden formar, siendo una un espejo de la otra. Sin embargo, los químicos muchas veces solo necesitan una de ellas, por ejemplo, en la producción farmacéutica.

Y es así como esta nueva técnica permite crear moléculas de una forma más selectiva, abriendo todo un nuevo campo de aplicaciones, que van desde nuevos productos farmacéuticos, hasta experimentación con moléculas que pueden capturar la luz en celdas solares. Gracias a esto, la construcción molecular actualmente no solo permite el desarrollo de una química más ecológica y sustentable, sino también la producción de moléculas orgánicas de una forma más eficiente.

La fuerza de la química radica en su ilimitada capacidad de reinventar procesos, en un marco de sustentabilidad ambiental y energética, capaces de crear compuestos en respuesta a los problemas y necesidades de la humanidad. Con cada molécula que los químicos crean, emergen potenciales aplicaciones que aumentan la posibilidad de resolver problemas urgentes asociados a energía, materiales, alimentos, medio ambiente y salud. Desde la academia o la industria, los químicos tenemos la inmensa responsabilidad de abordar estos problemas. Hoy, gracias a la catálisis orgánica asimétrica, contamos con una forma innovadora y eficiente para fabricar moléculas sustentables, ecológicas y con propiedades específicas deseables.

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Decano ATL web new v2

Dr. Alejandro Toro Labbé

Decano de la Facultad de Química y de Farmacia de la Pontificia Universidad Católica. Licenciado en Química de la Universidad de Chile y Doctor en Ciencias Físicas de la Universidad Pierre et Marie Curie, Francia. Su área de investigación es la química teórica computacional, focalizado en el estudio de mecanismos de reacciones químicas. Es miembro de la Academia Chilena de Ciencias y de la Academia de Ciencias Latinoamericana, ha sido reconocido con las prestigiosas becas John Simon Guggenheim y Marie Sklodowska Curie. Ha liderado más de 30 proyectos de investigación, entre ellos el Núcleo Milenio Procesos Químicos y Catálisis. Es autor de más de 250 artículos científicos y coautor de dos libros de química para la enseñanza media.

Fuente: Emol

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