Viernes, 28 de noviembre de 2014

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Catalizadores que aceleran el proceso de fabricación de nuevos fármacos


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Un catalizador es una sustancia que incrementa la velocidad de una reacción química sin consumirse en la reacción. En otras palabras, su concentración final, usualmente muy pequeña, es igual a su concentración inicial. El efecto de un catalizador es modificar la velocidad de conversión de los reactivos en productos, lo que tiene una gran importancia industrial.

La catálisis es una ciencia crucial para el desarrollo de la industria química. Cerca del 90% de los productos químicos manufacturados se obtienen mediante procesos que requieran el empleo de por lo menos una etapa en la que se emplea un catalizador.

Los productos sintetizados mediante procesos catalíticos son muy variados, tanto en su naturaleza química como en la cantidad producida y su coste por unidad de peso. Desde los combustibles líquidos o el ácido sulfúrico, que son substancias de estructura química simple y se producen en cantidades enormes a un precio relativamente bajo, hasta diferentes tipos de fármacos, fragancias, productos agroquímicos y polímeros, algunos de los cuales presentan estructuras químicas extremadamente complejas y que, en general, se producen en cantidades relativamente pequeñas, pero cuyo precio por unidad de peso es en algunos casos muy elevado.

Muy frecuentemente las transformaciones químicas presentan velocidades de reacción tan bajas, a menudo inapreciables, que son inviables para una producción industrial, salvo que se utilice un catalizador adecuado. Por otra parte el empleo de catalizadores permite llevar a cabo las reacciones en condiciones menos enérgicas (a menor presión y temperatura), lo que en un proceso industrial supone un importante ahorro energético y de los costes de inversión de diseño y construcción de la planta industrial.

Además, cuando se trabaja a presiones y temperaturas bajas, se reducen las reacciones laterales o secundarias y se forman menos productos diferentes al mayoritario. De esta forma, a menudo, se obtiene sólo uno de los posibles productos de la reacción, se dice entonces que la reacción es selectiva en ese producto. Por ejemplo, la polimerización de propileno se puede realizar en ausencia de catalizador a temperatura y presión elevadas. Sin embargo, en presencia de catalizadores es posible polimerizar esta olefina a baja presión y temperatura ambiente, con formación de un material único, estructuralmente muy ordenado y que presenta imteresantes aplicaciones.

Catálisis homogénea

En la industria química coexisten dos tipos de catálisis, la catálisis homogénea, en la que los reactivos y el catalizador se encuentran en la misma fase, y la catálisis heterogénea, donde el catalizador se encuentra en una fase diferente de los reactivos. Nuestro grupo de investigacion, trabaja desde hace años en catálisis homogénea por compuestos organometálicos, muy especialmente estudiando la actividad catalítica de compuestos de metales preciosos en reacciones diversas como hidrogenación, hidrosililación, hidroformilación, etc.

Este tipo de complejos, que presentan importantes aplicaciones industriales, nos han permitido aislar un buen número de especies intermedias, y en definitiva contribuir al conocimiento de los mecanismos de reacción, y por tanto a poder mejorar mediante estos estudios de química fundamental, las posibles aplicaciones catalíticas de los mismos. Por ejemplo, estamos trabajando en reacciones enantioselectivas que son de gran importancia en la industria farmaceútica, ya que los seres vivos somos extremadamente selectivos en distinguir enantiómeros, que tienen la misma formulación pero al no ser idénticos no pueden superponerse.

A modo de ejemplo nuestras manos son iguales pero no se pueden superponer y por ello tenemos un guante para la mano derecha y otro para la izquierda. Pues bién, igual que nuestras manos distinguen los guantes, nuestro organismo también distingue los enantiómeros, y así un mismo producto, el aminoácido asparagina, nos proporciona sabor dulce cuando tomamos el enantiómero R, pero su análogo S es amargo.

En la industria farmaceútica, uno de los aspectos más relevantes de la catálisis homogénea por complejos metálicos es que permite la preparación selectiva de uno u otro enantiómero, ya que los seres vivos, usualmente, absorben y asimilan uno solo de los enantiómeros, aunque en algunos casos como el antiflamatorio de uso fecuente, Naproxen, el isómero S, mientras que el R es tóxico para los humanos.

Un aspecto especialmente atractivo de la catálisis homogénea, desde el punto de vista industrial, es la excelente economía atómica de muchos procesos catalíticos. El concepto de economía atómica ha sido introducido recientemente y es aplicable a las reacciones, o procesos sintéticos de varias reacciones. Estas ideas de óptima economía atómica en reacciones químicas, unida a selectividades superiores al 90% permite diseñar procesos de muy bajo impacto medioambiental, que es el objetivo de la moderna “química verde”. En ello los catalizadores químicos, y muy especialmente los catalizadores homogéneos, desempeñan una función excepcional.

Referencias:

Fundamentos y Aplicaciones de la Catálisis Homogénea, L.A. Oro y E. Sola, Eds., P.U. Zaragoza (2000).

Organotransition Metal Chemistry and Catalysis, Education in Advanced Chemistry, B. Marciniec, Ed., Poznan, (2003).

Hydrogenation by homogeneous catalysts. Encyclopedia of Catalysis, I.V. Horváth, E. Iglesia, M.T. Klein, J.A. Lercher. A.J. Rusell and E.I. Stiefel, Eds, John Wiley & Sons, (2003).

Fecha Aragón Investiga: 01/11/2002


Ficheros adjuntos


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