Evolución de la formación de tinte durante 48 horas de tiempo de reacción, después de disolver igual cantidad de sólido en igual cantidad de disolvente. Crédito:Universidad Aalto/Sandra Kaabel
Las ftalocianinas se utilizan en la producción de energía renovable, detección, nanomedicina y más. Investigadores de la Universidad Aalto han demostrado cómo se puede producir el tinte de una manera más ecológica que minimiza los solventes orgánicos de alto punto de ebullición, utilizando en su lugar la síntesis de estado sólido.
Los tintes orgánicos (que contienen carbono) tienen funciones importantes en la naturaleza. Por ejemplo, se encargan de transportar oxígeno y otros gases en el cuerpo (como parte de la hemoglobina) y de convertir la energía solar en energía química en la fotosíntesis (clorofila).
Una clase de tintes orgánicos artificiales son las ftalocianinas, que se aplican ampliamente en procesos industriales, detección, nanomedicina, células solares y otros dispositivos optoelectrónicos. Sin embargo, la producción de ftalocianinas no está exenta de problemas, dice Eduardo Anaya, investigador de la Academia de la Universidad Aalto y uno de los principales autores del nuevo estudio.
"Las ftalocianinas se producen mediante el uso de una gran cantidad de disolventes como el dimetilaminoetanol (DMAE). Es corrosivo, inflamable, bioactivo y nocivo para el medio ambiente".
Anaya y sus colegas de la Universidad Aalto han demostrado cómo se pueden producir ftalocianinas de una manera más respetuosa con el medio ambiente con la síntesis de estado sólido. Su investigación, publicada en la revista Angewandte Chemie International Edition , se clasificó como "artículo candente".
Solo en la industria de la Unión Europea se utilizan 10.000 toneladas de DMAE al año para muchos procesos diferentes. En este nuevo método presentado por los investigadores de Aalto, la cantidad de solvente se reduce en más del 99 %, dice la investigadora postdoctoral Sandra Kaabel, otra de las autoras principales.
El equipo de investigación utilizó ftalonitrilo como material de partida, un compuesto orgánico comúnmente utilizado en la producción de tintes. Primero se procesó con unas gotas de DMAE y una plantilla de zinc mediante molienda de bolas, después de lo cual la mezcla de reacción sólida se envejeció en un horno a 55 °C durante una semana, o a 100 °C durante 48 horas.
"Fue fascinante ver cómo el color pasaba del blanco al verde y cambiaba a un azul profundo en el horno; podías ver con tus propios ojos cómo funciona el método", dice Kaabel. "Mediante métodos de estado sólido podemos producir productos químicos sin necesidad de disolver los componentes de la reacción".
Producto final crudo tal como se obtiene después de la síntesis en estado sólido. Crédito:Universidad Aalto/Sandra Kaabel
En el método tradicional, se calienta un solvente entre 160 y 250 °C y el rendimiento general es bastante bajo en relación con los materiales y el tiempo empleado. El método ecológico desarrollado por los investigadores de Aalto multiplicó por cuatro el rendimiento del espacio-tiempo al eliminar la mayor parte del disolvente y llevar a cabo las reacciones a una temperatura más baja.
Ejemplo de la naturaleza, idea elaborada con café
La estructura molecular de la ftalocianina la hace adaptable a una amplia gama de aplicaciones.
"La naturaleza es una inspiración, ya que ha creado colores orgánicos para muchos propósitos diferentes durante millones de años", dice Anaya. "Podemos capturarlos tal como son y usar colores en la fotosíntesis artificial para producir energía, por ejemplo, o llevar las ideas aún más lejos".
Las ideas para nuevas soluciones de biomateriales se refinan en FinnCERES, un centro de competencia compartido por la Universidad Aalto y el Centro de Investigación Técnica VTT de Finlandia. El grupo de investigación está trabajando dentro del proyecto FinnCERES conocido como SolarSafe para desarrollar material celulósico que se autoesteriliza a través de una reacción iniciada por un tinte y la luz y podría aplicarse en biomedicina.
Estas nuevas ideas nacen a través de encuentros, tanto dentro como fuera del laboratorio.
"La idea de nuestra nueva forma de producir tintes también surgió de nuestra lluvia de ideas en la sala de café, y luego comenzamos a experimentar", dice Daniel Langerreiter, el primer autor y Ph.D. estudiante en el grupo. El equipo usa agua caliente para formar un fotocatalizador
