dijous 02

Metalls comuns per a una química més verda

Publicat per "la Caixa" el 02/05/2019

El 2019 és l’Any Internacional de la Taula Periòdica i, per a CaixaCiència, una oportunitat per donar valor als metalls comuns, sovint injuriats per agents contaminants quan es troben en concentració elevada. Una de les línies de recerca més innovadores en l’àmbit de la química industrial n’estudia l’ús per fabricar compostos d’una manera més sostenible i barata.

Aquest és l’objectiu d’Alicia Casitas, investigadora de l’Institut de Química Computacional i Catàlisi de la Universitat de Girona. Gràcies a una beca de postdoctorat Junior Leader ”la Caixa”, el seu projecte persegueix sintetitzar catalitzadors d’ús farmacèutic que continguin àtoms de ferro i manganès, metalls que es troben de manera abundant a la natura. Parlem amb ella d’aquesta feina i sobre com desenvolupar una química més sostenible amb metalls.


Alicia Casitas fent servir una caixa de guants anaeròbica per a la síntesi de catalitzadors de ferro i manganès en una atmosfera inerta, és a dir, sense oxigen ni aigua. Imatge cortesia d’Alicia Casitas.

Què és un catalitzador i per a què serveix?

És una molècula que accelera una reacció o transformació química. També pot servir per fer que una reacció que no es produeix de manera natural es dugui a terme, gràcies a la presència del catalitzador. Les transformacions químiques en les quals participen catalitzadors s’anomenen catàlisis i són molt importants perquè faciliten la fabricació de molècules per a tota mena d’àmbits industrials. Molts catalitzadors contenen metalls preciosos en l’estructura, i això s’està convertint en un problema.

Quines conseqüències negatives té fer servir metalls preciosos?

Els metalls preciosos abunden molt poc a la natura i això fa que siguin molt cars. Per exemple, el rodi és l’element més car de la taula periòdica. El seu preu augmenta un 15 % cada any i, actualment, una unça, que són menys de 28 grams, pot valer uns 2.000 euros. Però és que a més, aquests metalls –com el rodi, el pal·ladi o l’iridi– es fan servir moltíssim en farmacèutica, petroquímica i alimentària, de manera que la demanda és enorme. Si no s’aconsegueix substituir aquests metalls per d’altres de més abundants, a llarg termini deixaran d’estar disponibles, i això tindria greus conseqüències per a la indústria.

I aquí és on entra la recerca amb metalls abundants?

Efectivament. La cerca de metalls abundants –també anomenats biodisponibles– és un tema candent en el mundo de la química. Molts investigadors estem treballant ara en això perquè ens adonem que els recursos naturals són limitats. Jo, en concret, estic buscant maneres de sintetitzar molècules orgàniques per fer fàrmacs, trencant els seus enllaços entre carboni i hidrogen, fet que simplifica molt el procés. Fins ara s’havia fet amb metalls preciosos. Jo ho estic intentant amb àtoms de ferro i manganès. No només perquè són més econòmics, sinó perquè també són menys tòxics. Cal tenir en compte que, a la indústria farmacèutica, els metalls preciosos –com, per exemple, el pal·ladi– s’han de purificar molt en els productes finals per crear fàrmacs, perquè són tòxics. En canvi, amb els elements biodisponibles aquest problema no existeix.

En quin punt es troba la seva recerca?

De moment, estem aprenent com funcionen aquests metalls abundants. El meu objectiu és aconseguir sintetitzar nous catalitzadors que continguin àtoms d’aquests elements biodisponibles i que siguin capaços de sintetitzar molècules orgàniques que, fins ara, no s’han aconseguit fabricar. Si ho aconseguim, podrem obtenir productes a gran escala. També volem que la síntesi d’aquestes molècules orgàniques sigui més curta, és a dir, que necessitin menys reaccions intermèdies perquè es produeixi la transformació. D’aquesta manera, es consumirà menys energia en el procés i es generaran menys residus. És a dir, que apostem per la química verda, més sostenible, basada en l’estalvi, fins i tot d’àtoms.

Per a què serveix estalviar àtoms?

Hi ajuda molt. Per exemple, hi ha catalitzadors naturals, els enzims, que contenen elements abundants –sense anar més lluny, el citocrom P450, que té incorporats àtoms de ferro i és molt important en el metabolisme cel·lular– però són molècules enormes, cosa que dificulta molt el seu estudi. Nosaltres intentem imitar el centre actiu dels enzims –la part que actua com a catalitzador– però reproduint-ho en molècules molt més petites, que tenen menys àtoms reproduint-ho en molècules molt més petites, que tenen menys àtoms. La seva mida reduïda ens permet estudiar-les més fàcilment, entendre millor la reacció que provoquen i predir-ne el comportament. Aquesta comprensió també contribuirà a fer-los més eficients i nets.

D’alguna manera, copien la natura?

Sí, ens hi inspirem, però també la simplifiquem. De fet, el premi Nobel de Química del 2018 va ser per a la professora Frances Arnold, una enginyera química que manipula i muta enzims dins de bacteris per obtenir processos catalítics més eficients. És el que s’anomena evolució dirigida. Ella, per cert, també treballa amb el ferro.

Quin paper ha tingut ”la Caixa” a la seva recerca?

Per a mi és molt important. Actualment, és molt difícil aconseguir suport econòmic. I ells estan finançant aquest projecte, apostant per projectes industrials químics més sostenibles. Els estic molt agraïda.


Rastreig de catalitzadors de ferro i manganès i detecció per color dels que són més eficients per a transformacions químiques, en aquest cas per a l’activació d’enllaços carboni-hidrogen. Imatge cortesia d’Alicia Casitas.


Vitrina de laboratori per a síntesi química. A la dreta, filtració d’un catalitzador de ferro. Imatge cortesia d’Alicia Casitas.

Compartir

3

Categoria:

Tema:

recerca

Post Relacionat:

NewsLetters
L'Àrtic es trenca

CosmoCaixa, on la ciència es converteix en experiència

amb la col.laboració de

Associació Catalana de Comunicació Científica