Sistemas (bio) catalíticos verdes para el desarrollo de procesos químicos sostenibles de interés industrial

Resumen

El diseño de nuevos procesos químicos sostenibles, basados en el desarrollo de procesos catalíticos eficientes con la adecuada combinación de protocolos de reacción y / o separación, son elementos fundamentales para el desarrollo de la industria química sostenible, ya que suponen importantes ahorros en la producción, así como la minimización de los impactos ambientales. En este sentido, se deben reemplazar los disolventes orgánicos volátiles por disolventes no volátiles y totalmente recuperables (p. ej., líquidos iónicos, scCO2, DES, etc.), así como fomentar el uso de (bio)catalizadores eficientes, que permitan su reutilización, y que son capaces de proporcionar una alta selectividad en los procesos con la mínima generación de subproductos. La Química Verde es una filosofía científica que se centra en el diseño de procesos y reacciones químicas que reduzcan o eliminen la generación de productos nocivos para el ser humano y el medioambiente en su conjunto. Desde el punto de vista del sector químico, la idea fundamental es minimizar o erradicar el uso de sustancias peligrosas y transformar las que ya se pueden generar en compuestos no tóxicos. Claramente, se trata de un objetivo que no se puede lograr fácilmente. En este sentido, los procesos químicos incluyen etapas en las que las sustancias se transforman progresivamente para obtener el producto deseado. Sin embargo, la mayoría de procesos requieren el uso de solventes orgánicos tradicionales. Generalmente, los disolventes se utilizan como materiales auxiliares en síntesis química, ya que actúan como medio de reacción y mejoran el transporte y la separación de los productos. Sin embargo, la gran mayoría de los disolventes que se utilizan en los laboratorios son líquidos moleculares, que pertenecen al grupo de los compuestos orgánicos volátiles, y su recuperación nunca puede ser total y, además, está asociada a procesos de destilación que requieren un alto gasto energético. Por este principal motivo, su sustitución y / o eliminación no es tarea fácil, ya que por su funcionalidad resultan ser elementos clave en la mayoría de los procesos químicos. En los últimos años, con el objetivo principal de crear una industria química más respetuosa con el medioambiente, centrándose en el uso de medios de reacción alternativos y estrategias sintéticas más sostenibles. Estos disolventes alternativos (p. ej., LIs o dióxido de carbono supercríticos), ofrecen la posibilidad de ser recuperados y reutilizados en su totalidad, por lo que su explotación como alternativa a los disolventes orgánicos está hoy a la vanguardia. Esta Tesis Doctoral se ha llevado a cabo en el campo conceptual de la Química Sostenible, con aportes directos de aplicaciones de interés para diversos sectores industriales. En este sentido, esta Tesis Doctoral presenta con éxito el desarrollo y diseño de procesos químicos que integran la síntesis y separación de productos puros de gran interés industrial con alto valor agregado en los sectores farmacéutico, alimentario y cosmético, así como en la industria de los polímeros. Los enfoques de protocolo desarrollados ofrecen las ventajas sinérgicas que brindan los diferentes elementos sostenibles, como LI, DES, scCO2 y enzimas, y su correcta combinación, para obtener los productos de manera eficiente y segura. Además, se han implementado protocolos para la separación de productos, de fácil extrapolación para un posible escalado a nivel industrial, en diversos productos sintéticos como ésteres de aromas, monoacilglicéridos de ácidos grasos omega-3 o carbonatos cíclicos. Adicionalmente, se ha podido demostrar la idoneidad de los sistemas de reacción libres de solventes, incluso basados en mezclas de sustratos sólidos a temperatura ambiente, para la verificación de biotransformaciones mediante la formación de DES, o la asistencia con ultrasonidos, obteniendo productos de interés para la industria cosmética (p. ej. monoésteres de pantenol, monoésteres de xilitol).