Química sin química
Los movimientos ecológicos y conservacionistas, así como nuestro propio instinto de supervivencia nos llevan a reclamar insistentemente que los productos que usamos o consumimos y los procesos con los que son obtenidos sean lo más respetuosos posibles con el medio ambiente y la naturaleza
Los movimientos ecológicos y conservacionistas, así como nuestro propio instinto de supervivencia nos llevan a reclamar insistentemente que los productos que usamos o consumimos y los procesos con los que son obtenidos sean lo más respetuosos posibles con el medio ambiente y la naturaleza. Actualmente el adjetivo “natural” es uno de los reclamos comerciales más extendido, mientras que la palabra “química”, para muchos es sinónimo del mal. Por ello, hoy vamos a comentar algún ejemplo local demostrativo de la inexactitud de ese juicio y de que, por el contrario, la química puede ayudarnos a disponer de productos más “naturales”, diseñando productos y procesos que impliquen una reducción o eliminación de sustancias peligrosas para las personas o el medio ambiente
QUÍMICA VERDE
Hace varias décadas, la incorporación a la Universidad de Murcia como catedrático de Bioquímica y Biología Molecular del profesor José Luis Iborra Pastor supuso un nuevo enfoque novedoso de la investigación sobre estos temas, canalizada a través del grupo de investigación de Biotecnología liderado por el profesor Iborra. Su labor ha sido muy fructífera en el desarrollo de diversas biotransformaciones, digestión anaerobia de residuos industriales, tecnologías enzimáticas, extracción y purificación de productos naturales, etc. Su productividad científica ha sido la máxima española a nivel de publicaciones de relevancia internacional y varias patentes y colaboraciones empresariales atestiguan la utilidad de sus hallazgos.
Fruto del trabajo realizado por el grupo de investigación de Biotecnología en la Facultad de Química de la UMU ha sido la consolidación dentro del mismo de varias líneas de investigación sobre biorreactores, fluidos supercríticos, microcentrifugación tangencial, biología de sistemas, etcétera. En relación con el tema que hoy comentamos, algunas de esas líneas abordan aspectos encuadrables dentro de lo denominable como “Química verde”, en especial sobre la biocatálisis usando solventes “verdes”, no contaminantes y respetuosos con el medio ambiente, como son los líquidos iónicos.
El inicio y desarrollo de la Química verde debe bastante al el libro Green Chemistry: Theory and Practice publicado por la Oxford University Press en 1998, escrito por Paul Anastas y John Warner, donde se establecían los conocidos como 12 principios de la química verde
LÍQUIDOS IÓNICOS
Al contrario que el agua o los disolventes más comunes que forman parte usual de nuestra vida existen otros disolventes o líquidos iónicos (LI) que están constituidos exclusivamente por iones, por sales con una temperatura de fusión por debajo del punto de ebullición del agua (100 °C). La mayoría tiene una estructura compuesta por un catión orgánico y un anión inorgánico poliatómico. Debido a que existen muchos y muy conocidos cationes y aniones, el número potencial de LI es enorme, del orden de millones de combinaciones posibles. La táctica de su uso es que sirvan como disolventes para realizar una determinada transformación para que, una vez obtenido el producto deseado, enfriar a una temperatura a la que el LI se solidifica y se separa del producto, siendo totalmente reutilizable. El problema es investigar el LI idóneo y aplicable.
En el grupo de investigación de Biotecnología antes citado, desde hace años se trabaja sobre el tema, con una participación especial de los doctores J. L. Iborra, M. T. Diego y Pedro Lozano. Actualmente, el grupo dirigido por éste último trabaja sobre LI usando como catalizadores de las transformaciones a enzimas que se comportan de un modo estable y eficaz en los mismos lo que permite obtener sustancias muy diferentes usando procedimientos muy parecidos, yendo desde aromas/sabores naturales a biodiesel. Parte de sus resultados han sido publicados recientemente de un modo extremadamente destacado en diferentes revistas, incluyendo una portada en ´ChemSusChem´.
Los aromas/sabores naturales disponibles comercialmente suelen ser muy caros dada su escasez y los requisitos, bajo rendimiento y alto costo de su producción enzimática. Para poder ser denominado natural, el aroma/sabor debe ser un extracto de planta o animal (caso de los aceites esenciales) o ser preparado usando enzimas o fermentación microbianas.
El grupo investigador ha utilizado un líquido iónico formado por el catión hexadeciltrimetilamonio emparejado con el anión de bis(trifluorometilsulfonil) imida. En este líquido iónico, usado como disolvente, se situó el catalizador, una lipasa de Candida antarctica B inmovilizada sobre una resina porosa hecha de polimetacrilato de metilo. Esta lipasa es una de las enzimas más ampliamente utilizadas en la biotecnología debido a su versatilidad en la mediación de las síntesis orgánicas. Para realizar las síntesis, a temperaturas de 50ºC, se partió de cuatro ácidos carboxílicos alifáticos y de cuatro alcoholes para obtener los respectivos ésteres (un total de 16 combinaciones).
Por ejemplo, partiendo de ácido acético y de alcohol isoamílico se preparó acetato isoamílico, un éster natural conocido como aceite de esencia de plátano por su sabor y aroma. Otro éster obtenido, el acetato de geranilo proporciona un olor de lavanda y tiene un sabor cítrico dulce. En general, las reacciones consiguieron un rendimiento práctico del 100% y la reactividad de la enzima permaneció inalterable al menos tras siete ciclos de funcionamiento consecutivas. Lo más novedoso fue la fácil separación del éster obtenido mediante simple enfriamiento a temperatura ambiente (25 ºC), lo que daba lugar a un material esponjoso del que se separaba el producto mediante una simple centrifugación, con lo cual podía recuperarse todo el sistema íntegramente , quedando listo para realizar otra nueva operación.
BIODIESEL
Esta característica esponjosa, la sencilla separabilidad de los productos y la gran estabilidad del catalizador enzimático hizo pensar la posibilidad de otras aplicaciones similares. Efectivamente, el mismo grupo investigador ha conseguido usar los LI como disolventes para esterificar enzimáticamente, mediante lipasas, aceites vegetales con metanol a fin de producir biodiesel.
También en este caso el sistema esponjoso y la centrifugación permiten facilitar enormemente la separación del producto (el éster metílico del ácido graso) del subproducto (glicerol), recuperándose totalmente el LI y la enzima utilizada.
¿Simples investigaciones académicas o procesos de gran potencialidad?. Thomas Schubert, doctor en química es el fundador director general de Tecnologías de Líquidos Iónicos (IoLiTec), una destacada empresa alemana que produce líquidos iónicos y desarrolla nuevas aplicaciones para ellos. Su opinión es clara y rotunda: "La investigación muestra que los líquidos iónicos tienen la capacidad de actuar como un medio conmutable a temperaturas compatibles con la catálisis enzimática". Además, los LI sirven como estabilizantes de la enzima para conservar la reactividad y mejora la reciclabilidad de todo el sistema, más aun teniendo en cuenta que las lipasas son muy caras y requieren una manipulación suave. Por todo ello el propio Schubert declaraba recientemente "Estos ejemplos demuestran cómo este tema es amplio y se abrirá la puerta a otras aplicaciones…interesantes para la industria petroquímica farmacéutica o la industria alimentaria….su gran flexibilidad…demanda el interés de la industria”
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