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Metales comunes para una química más verde

Posteado por "la Caixa" el 02/05/2019

El 2019 es el Año Internacional de la Tabla Periódica y, para CaixaCiencia, una oportunidad para dar valor a los metales comunes, a menudo denostados como agentes contaminantes cuando se encuentran en concentración elevada. Una de las líneas de investigación más punteras en el ámbito de la química industrial estudia su uso para fabricar compuestos de una manera más sostenible y barata.

Ese es el objetivo de Alicia Casitas, investigadora del Instituto de Química Computacional y Catálisis de la Universidad de Girona. Gracias a una beca de posdoctorado Junior Leader ”la Caixa”, su proyecto persigue sintetizar catalizadores de uso farmacéutico que contengan átomos de hierro y manganeso, ambos metales abundantes en la naturaleza. Hablamos con ella de este trabajo y sobre cómo desarrollar una química más sostenible con metales.


Alicia Casitas utilizando una caja de guantes anaeróbica para la síntesis de catalizadores de hierro y manganeso en atmósfera inerte, es decir, sin oxígeno ni agua. Imagen cortesía de Alicia Casitas.

¿Qué es un catalizador y para qué sirve?

Es una molécula que acelera una reacción o transformación química. También puede servir para hacer que una reacción que no se da de forma natural se lleve a cabo, gracias a la presencia del catalizador. Las transformaciones químicas en las que participan catalizadores se denominan catálisis y son muy importantes porque facilitan la fabricación de moléculas para todo tipo de ámbitos industriales. Muchos catalizadores contienen metales preciosos en su estructura, y esto se está convirtiendo en un problema.

¿Qué consecuencias negativas tiene el uso de metales preciosos?

Los metales preciosos son muy poco abundantes en la naturaleza y eso hace que sean muy caros. Por ejemplo, el rodio es el elemento más caro de la tabla periódica. Su precio aumenta un 15 % cada año y, actualmente, una onza, que son menos de 28 gramos, puede valer unos 2.000 euros. Pero es que además estos metales –como el rodio, el paladio o el iridio– se utilizan muchísimo en farmacéutica, petroquímica y alimentaria, con lo cual la demanda es enorme. Si no se consigue sustituir estos metales por otros más abundantes, a largo plazo dejarán de estar disponibles, y eso tendría graves consecuencias para la industria. 

¿Y ahí es donde entra la investigación con metales abundantes?

Efectivamente. La búsqueda de metales abundantes –también llamados biodisponibles– es un tema candente en el mundo de la química. Muchos investigadores estamos trabajando ahora en esto porque nos damos cuenta de que los recursos naturales son limitados. Yo, en concreto, estoy buscando maneras de sintetizar moléculas orgánicas para hacer fármacos, rompiendo sus enlaces entre carbono e hidrógeno, lo cual simplifica mucho el proceso. Hasta ahora se había hecho con metales preciosos. Yo estoy intentándolo con átomos de hierro y manganeso. No solamente porque son más económicos, sino porque también son menos tóxicos. Hay que tener en cuenta que, en la industria farmacéutica, los metales preciosos –como, por ejemplo, el paladio– se han de purificar mucho en los productos finales para crear fármacos, porque son tóxicos. En cambio, con los elementos biodisponibles este problema no existe.

¿En qué punto se encuentra su investigación?

De momento, estamos aprendiendo cómo funcionan estos metales abundantes. Mi objetivo es lograr sintetizar nuevos catalizadores que contengan átomos de estos elementos biodisponibles y que sean capaces de sintetizar moléculas orgánicas que, hasta el momento, no se han logrado fabricar. Si conseguimos esto, podremos obtener productos a gran escala. También queremos que la síntesis de estas moléculas orgánicas sea más corta, es decir, que necesiten de menos reacciones intermedias para que se dé la transformación. De esta manera, se consumirá menos energía en el proceso y se generarán menos residuos. Es decir, que apostamos por la química verde, más sostenible, basada en el ahorro, incluso de átomos.

¿Para qué sirve ahorrar átomos?

Ayuda mucho. Por ejemplo, existen catalizadores naturales, las enzimas, que contienen elementos abundantes –sin ir más lejos, el citocromo P450, que tiene incorporados átomos de hierro y es muy importante en el metabolismo celular– pero son moléculas enormes, lo cual dificulta mucho su estudio. Nosotros intentamos imitar el centro activo de las enzimas –la parte que actúa como catalizador– pero reproduciéndolo en moléculas mucho más pequeñas, que tienen menos átomos. Su reducido tamaño nos permite estudiarlas más fácilmente, entender mejor la reacción que provocan y predecir su comportamiento.  Esta comprensión también contribuirá a hacerlos más eficientes y limpios. 

De alguna manera, ¿copian a la naturaleza?

Sí, nos inspiramos en ella, pero también la simplificamos. De hecho, el premio Nobel de Química del 2018 fue para la profesora Frances Arnold, una ingeniera química que manipula y muta enzimas dentro de bacterias para obtener procesos catalíticos más eficientes. Es lo que se llama evolución dirigida. Ella, por cierto, también trabaja con el hierro. 

¿Qué papel ha jugado ”la Caixa” en su investigación?

Para mí es muy importante. Actualmente, es muy difícil conseguir apoyo económico. Y ellos están financiando este proyecto, apostando por proyectos industriales químicos más sostenibles. Estoy muy agradecida.


Barrido de catalizadores de hierro y manganeso y detección por color de aquellos que son más eficientes para transformaciones químicas, en este caso para la activación de enlaces carbono-hidrógeno. Imagen cortesía de Alicia Casitas.


Vitrina de laboratorio para síntesis química. A la derecha, filtración de un catalizador de hierro. Imagen cortesía de Alicia Casitas.

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