Los radicales libres no obtienen la mejor presión. Sin embargo, si bien son conocidos como oxidantes nocivos en el cuerpo, estos químicos ultrarreactivos son indispensables en el laboratorio. Las reacciones radicales juegan un papel en tecnologías clave como la eliminación de contaminantes y el agua-terrible.
Ahora, los investigadores de la Universidad de Osaka han utilizado radicales para transformar un gas de efecto invernadero, el metano, en productos químicos útiles. Impulsado por la luz, este proceso respetuoso con el medio ambiente logra un objetivo difícil de alcanzar durante décadas.
Metano CH 4 está relacionado con el metanol y el ácido fórmico, que la industria química necesita en grandes cantidades.Las bacterias pueden oxidar CH 4 al metanol casi sin esfuerzo usando enzimas naturales. Sin embargo, la misma transformación en el laboratorio requiere químicamente alta temperatura, alta presión y reactivos caros para escindir los enlaces C - H extremadamente fuertes. Como se informó recientemente, el nuevo proceso utiliza cloro potenteradicales para activar esos enlaces. Esto permite que la reacción ocurra a temperatura ambiente, bajo la luz de la lámpara, con oxígeno simple como agente oxidante.
Los radicales libres son químicos con electrones no apareados; su reactividad desenfrenada proviene de la necesidad urgente de que los electrones solitarios encuentren socios en otra molécula. En el proceso de Osaka, dióxido de clorito ClO 2 • se activa bajo la fotoirradiación para dar radicales de cloro Cl • y oxígeno singlete.El radical altamente reactivo, Cl • , luego extrae un átomo de hidrógeno de CH 4 para dar radicales metilo, CH 3 • que a su vez reacciona con el oxígeno para producir metanol valioso y ácido fórmico. Este proceso aparentemente simple, sin embargo, se basa en un sutil giro de diseño.
"La activación del metano por especies radicales se ha probado antes", dice un autor principal, el profesor Kei Ohkubo. "Sin embargo, CH 3 • los intermedios tienden a reaccionar con el solvente orgánico de hidrocarburos dando la desactivación de los reactivos radicales intermedios. Esto no ocurre en el agua, pero desafortunadamente el metano apenas se disuelve en el agua ". Los investigadores encontraron una forma clara de evitar esto: dos solventes en unsistema único, uno para cada paso del proceso. El ClO inicial 2 • la formación se produce en una fase acuosa, donde el clorito de sodio es soluble. Luego, ClO 2 • se transfiere a una fase de perfluorohexano PFH, donde metano y O 2 disolver para reaccionar con ellos
"PFH es ideal para el segundo paso: disuelve metano, pero no reacciona con CH 3 • radicales ", explica Ohkubo." Esto crea un espacio para la oxidación de CH 3 • , dando los productos deseados. Luego, después de formar metanol y ácido fórmico, cruzan el límite del disolvente en la dirección opuesta, hacia la fase acuosa. Aquí están protegidos contra la oxidación adicional en CO o CO no deseado 2 como gases de efecto invernadero "
El proceso completo es impresionantemente eficiente, convirtiendo más del 99% de metano en los productos objetivo, sin la necesidad de alta temperatura o presión.
"Este es el primer uso exitoso de oxígeno en el aire para oxidar metano en condiciones ambientales", dice Ohkubo. "Los métodos intensivos en energía para la producción química deben eliminarse gradualmente; necesitamos urgentemente soluciones inteligentes para procesar materias primas en un ambientede manera suave y ambientalmente benigna. Nuestro estudio muestra cómo se puede hacer esto para el metano. El concepto de solvente de dos fases, donde los intermedios inestables están protegidos por un solvente como PFH, podría extenderse a toda la industria ".
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Materiales proporcionado por Universidad de Osaka . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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