Los radicales libres no reciben la mejor prensa. Sin embargo, si bien se conocen como oxidantes dañinos en el cuerpo, estos productos químicos ultrarreactivos son indispensables en el laboratorio. Las reacciones radicales juegan un papel en tecnologías clave como la eliminación de contaminantes y la división del agua.

Ahora, investigadores de la Universidad de Osaka han utilizado radicales para transformar un gas de efecto invernadero, metano, en productos químicos útiles. Impulsado por la luz Este proceso respetuoso con el medio ambiente logra un objetivo que permaneció esquivo durante décadas.

El metano (CH4) está relacionado con el metanol y el ácido fórmico, que son necesarios en grandes cantidades por la industria química. Las bacterias pueden oxidar el CH4 en metanol casi sin esfuerzo utilizando enzimas naturales. La misma transformación en el laboratorio, sin embargo, químicamente requiere alta temperatura, reactivos de alta presión y costosos para escindir los enlaces C — H extremadamente fuertes. Como se informó recientemente, el nuevo proceso utiliza poderosos radicales de cloro 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 sustancias químicas con electrones desapareados; su reactividad desenfrenada proviene de la necesidad urgente de que los electrones solitarios encuentren compañeros en otra molécula. En el proceso de Osaka, El dióxido de clorito (ClO2 •) 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 CH4 para dar radicales metilo, CH3 •, que a su vez reaccionan con el oxígeno para producir metanol y ácido fórmico valiosos. Este proceso aparentemente simple, sin embargo, se basa en un toque de diseño sutil.

"La activación de metano por especies radicales se ha probado antes, "estudia un autor principal, dice el profesor Kei Ohkubo". Los intermedios de CH3 • tienden a reaccionar con el disolvente orgánico de hidrocarburo dando la desactivación de los intermedios de radicales reactivos. 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 un solo sistema, uno para cada paso del proceso. La formación inicial de ClO2 • ocurre en una fase acuosa, donde el clorito de sodio es soluble. Luego, ClO2 • se transfiere a una fase de perfluorohexano (PFH), donde el metano y el O2 se disuelven para reaccionar con ellos.

"El PFH es ideal para el segundo paso:disuelve el metano, pero no reacciona con los radicales CH3 •, "explica Ohkubo." Esto crea un espacio para la oxidación del CH3 •, dando los productos deseados. Luego, después de que se formen metanol y ácido fórmico, cruzan el límite del solvente en la dirección opuesta, en la fase de agua. Aquí están protegidos contra una mayor oxidación en CO o CO2 no deseados como gases de efecto invernadero ".

El proceso completo es impresionantemente eficiente, convertir más del 99% del metano en los productos de destino, sin necesidad de alta temperatura o presión.

"Este es el primer uso exitoso de oxígeno en el aire para oxidar el metano en condiciones ambientales, "Ohkubo dice." Los métodos de producción de productos químicos que consumen mucha energía deben eliminarse progresivamente; necesitamos con urgencia soluciones inteligentes para procesar las materias primas de manera suave y forma ambientalmente benigna. Nuestro estudio muestra cómo se puede hacer esto para el metano. El concepto de disolvente de dos fases, donde los intermedios inestables están protegidos por un solvente como PFH, potencialmente podría extenderse a toda la industria ".