Una investigación innovadora en el Instituto Max Planck ha transformado la seguridad química mediante el desarrollo de un nuevo protocolo de síntesis que combina pasos para prevenir acumulaciones de sustancias químicas peligrosas, reduciendo los riesgos de explosión y los costos de producción. Crédito: Issues.fr.com
La industria química ha utilizado una reacción con sustancias químicas explosivas durante más de 100 años. Ahora los científicos de Mülheim han descubierto una alternativa más segura.
Explosiones y envenenamientos. Lesiones graves o incluso muertes. En la historia de la industria química se han producido repetidos accidentes, a veces mortales, a menudo provocados por sustancias químicas peligrosas y explosivas necesarias para determinadas reacciones.
Las sales de arildiazonio, utilizadas desde hace 140 años, son este tipo de sustancias químicas. Son muy reactivos y, por tanto, extremadamente útiles para producir otros compuestos, como colorantes, por ejemplo. Sin embargo, debido a su alta reactividad, las sales de arildiazonio aisladas no son muy estables y, por tanto, pueden reaccionar de forma involuntaria y, en ocasiones, explosiva. El 23 de diciembre de 1969 se produjo una explosión especialmente grave con estos productos químicos en la Ciba AG de Basilea. Un edificio quedó destruido y pedazos pesados del reactor volaron por los aires. Tres trabajadores perdieron la vida y 31 resultaron gravemente heridos. A pesar de estos horribles informes, el trabajo continúa con las sales de arildiazonio.
Innovaciones en seguridad química
Un equipo dirigido por el profesor Tobias Ritter, director del Instituto Max Planck de Kohlenforschung, ha logrado hacer que la química arriesgada con sales de arildiazonio sea mucho más segura. El protocolo de Mülheim no sólo hace que el uso de estos compuestos sea menos peligroso, sino que también abre potencialmente oportunidades para el desarrollo de nuevas reacciones.
“Normalmente, el uso de las sales de diazonio se realiza en dos etapas: primero se aísla o acumula la sal de diazonio, que es peligrosa, y luego se transforma en el producto deseado. En nuestro proyecto combinamos los dos pasos de síntesis y obtenemos el producto deseado sin acumulación de sal de diazonio, lo que reduce significativamente el riesgo de explosión”, explica Tim Schulte, estudiante de doctorado del grupo de Tobias Ritter.
Javier Mateos (izquierda), Tim Schulte y Tobias Ritter discuten su proyecto en el laboratorio. Crédito: Gombert/MPI KOFO
Nuevos métodos de síntesis y sus implicaciones.
Tradicionalmente, las sales de arildiazonio se sintetizan a partir de anilinas con compuestos nitrosos. ácido, o con compuestos de nitrito, una reacción que ha visto poca innovación a lo largo de los años. La reacción debe llevarse a cabo a baja temperatura (por debajo de 5°C) porque las sales de arildiazonio son inestables a temperaturas más altas. Sin embargo, Javier Mateos, investigador postdoctoral del grupo, y Tim Schulte descubrieron un nuevo método que permite la presencia de diferentes nucleófilos en la mezcla de reacción.
La nueva estrategia se basa en el uso de un proceso natural, la reducción de nitratos, que se realiza en plantas. Los investigadores pudieron imitar el proceso natural en un tubo de ensayo y combinarlo con la química del aril diazonio para desarrollar un método de síntesis más seguro. De esta manera, se pueden evitar las limitaciones antes mencionadas asociadas con los métodos tradicionales, como la sensibilidad a la temperatura y la necesidad de ácidos fuertes.
Debido a que los investigadores combinan varios pasos en su nuevo protocolo, en primer lugar no se producen grandes concentraciones de sustancias peligrosas. Y eso no es todo lo que descubrieron los científicos de Mülheim: “Para nuestro método de síntesis utilizamos sustancias químicas que se utilizan en grandes cantidades en la industria de fertilizantes y combustibles y, por lo tanto, son económicas”, explica Tim Schulte. Esto podría hacer que la ruta de síntesis sea extremadamente atractiva para las empresas de la industria química, ya que daría como resultado una reducción de los costes de producción.
“La solución al problema se podría haber encontrado hace 100 años, pero la reacción que se descubre hoy probablemente no se habría planificado de la misma manera”, explica Tobias Ritter. “La combinación de sustancias químicas que finalmente dio buenos resultados la descubrimos por casualidad mientras trabajábamos en otro proyecto”, revela Javier Mateos. Aunque los reactivos utilizados se conocen desde hace mucho tiempo, hasta ahora simplemente se había pasado por alto su potencial para la química del diazonio.
El nuevo método también es interesante desde el punto de vista científico, porque ahora se pueden aplicar nuevos enfoques químicos que no serían posibles con el método clásico debido al alto riesgo de explosión y la inestabilidad de las conexiones.
