Bolas ligeras y moledoras para procesos químicos más ecológicos

Reacciones sin disolventes

16.03.2023 - Alemania

Una combinación de fotoquímica y mecanoquímica ahorra un 98% de disolvente y un 80% de energía en una serie de reacciones. Además, el proceso lleva menos tiempo que en disolución.

Hasta ahora, las reacciones químicas impulsadas por la luz solían realizarse con grandes cantidades de disolventes que suelen ser tóxicos. Combinándolas con energía mecánica en molinos de bolas, el equipo del profesor Lars Borchardt, de la Cátedra de Química Inorgánica I de la Universidad del Ruhr de Bochum (Alemania), ha conseguido llevarlas a cabo en estado sólido sin recurrir en gran medida a los disolventes. "Esto proporciona una alternativa sostenible a los métodos de síntesis establecidos", señala Borchardt. Los investigadores publicaron sus hallazgos en la revista "Angewandte Chemie" el 24 de febrero de 2023.

Molinos de bolas para sustituir a los disolventes

La luz se considera la fuerza motriz ideal de las reacciones químicas: es barata, está disponible en abundancia y no produce residuos. Por este motivo, las reacciones fotoquímicas son muy atractivas para la producción de compuestos químicos. Sin embargo, suelen llevarse a cabo con enormes cantidades de disolventes. Estos últimos suelen ser tóxicos y generan residuos peligrosos en enormes cantidades. Las reacciones fotoquímicas en estado sólido sin disolventes podrían presentar una alternativa. Sin embargo, hasta ahora apenas han sido viables, ya que sólo podían mezclarse insuficientemente y, por tanto, no era posible escalarlas hasta cantidades relevantes.

Para que se produzcan reacciones fotoquímicas, los fotones deben llegar primero a los materiales de partida. Para que la reacción sea rápida y completa, es esencial que esté bien mezclada. En las reacciones convencionales, esto lo garantiza el disolvente: disuelve las sustancias, las hace móviles y aumenta el transporte de masas y la difusión. Hasta ahora no existía ningún método equivalente en el estado sólido.

Los investigadores de Bochum utilizaron molinos de bolas como reactores. En ellos, los materiales de partida se colocan en recipientes junto con bolas de molienda y se agitan a altas frecuencias. Esto crea impactos de alta energía que proporcionan la energía mecánica para la reacción y mezclan a fondo las sustancias. En un fotorreactor especialmente adaptado al molino, los investigadores consiguieron llevar a cabo el proceso de molienda por bolas bajo irradiación. Esto facilitó la síntesis foto-mecanoquímica de nanografenos en estado sólido.

Reacciones más sostenibles

"Este nuevo proceso nos permitió llevar a cabo reacciones específicas y sintetizar sustancias químicas de una forma mucho más sostenible", afirma Lars Borchardt. Redujimos los tiempos de reacción hasta un 56% y utilizamos un 98% menos de disolvente que en síntesis equivalentes realizadas con métodos convencionales". Por último, pero no por ello menos importante, el nuevo fotorreactor consume casi un 80 por ciento menos de energía que los equipos convencionales."

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Publicación original

Daniel M. Baier, Carolina Spula, Stephen Fanenstich, Sven Grätz, Lars Borchardt: Shedding UV-Light on Mechanochemistry: The regioselective solid-state photochemical synthesis of nanographenes, in: Angewandte Chemie International Edition, 2023

https://www.quimica.es/noticias/1179846/bolas-ligeras-y-moledoras-para-procesos-quimicos-mas-ecologicos.html