Nell'industria, gli idrocarburi gassosi come l'etano e il metano vengono spesso trasformati in molecole che possono fungere da elementi costitutivi per prodotti farmaceutici e agrochimici. Tipicamente, questi processi avvengono ad alte temperature e pressioni, e può anche produrre grandi quantità di inquinanti. I ricercatori della Eindhoven University of Technology (TU/e) hanno sviluppato un nuovo metodo per la conversione immediata di gas, idrocarburi a basso peso a molecole più complesse a temperatura ambiente e basse pressioni illuminando le molecole con luce in presenza di un catalizzatore adatto. In particolare, questo nuovo processo è più veloce e porta a poco o nessun spreco di materiale. Questo lavoro è stato pubblicato oggi sulla rivista Scienza .

Nella società moderna, alcani gassosi come il propano, isobutano e metano vengono regolarmente bruciati per produrre energia. Queste molecole relativamente economiche e abbondanti possono essere utilizzate anche per produrre molecole complesse per medicinali o prodotti chimici in agricoltura.

Gli attuali processi su larga scala che attivano queste molecole per successive reazioni chimiche avvengono ad alte temperature e pressioni, che sono condizioni di reazione dure che possono essere difficili e costose da mantenere, portando anche a una notevole produzione di rifiuti. Anche, per il caso specifico del metano, le alte temperature necessarie per l'attivazione negano l'uso di qualsiasi prodotto risultante nei medicinali poiché le molecole organiche si disintegrano semplicemente.

Un gruppo di ricerca guidato da Timothy Noël di TU/e, in collaborazione con ricercatori della ShanghaiTech University (Cina), Università di Pavia (Italia), e Vaportec Ltd. (Regno Unito), hanno ideato un nuovo processo per l'attivazione degli alcani utilizzando la luce a temperatura ambiente ea pressione più bassa.

Svolta significativa

"Si tratta di un importante passo avanti per convertire gli alcani in utili elementi costitutivi per medicinali e materiali per altri settori, " afferma Noël. "Il nostro approccio consente l'uso immediato di alcani per molecole più complesse senza molti sottoprodotti indesiderati, riducendo allo stesso tempo l'inquinamento e semplificando il processo di attivazione."

Per realizzare questo nuovo processo, i ricercatori hanno dovuto fare i conti con due problemi principali. Primo, avevano bisogno di un metodo che potesse facilmente scindere o rompere i legami C-H con un'energia di dissociazione del legame (BDE) tra 96,5 e 105 kcal mol ^-1 . I legami CH nel metano sono i più difficili da rompere. Secondo, la manipolazione di alcani gassosi richiede tecnologie su misura in grado di portare gli alcani a stretto contatto con un catalizzatore in un ambiente di reazione attentamente monitorato. I ricercatori hanno risolto entrambi questi problemi eccitando gli alcani con luce UV (circa 365 nm) in presenza di un catalizzatore adatto a temperatura ambiente.

"Il catalizzatore utilizzato è il decatungstato. Quando è illuminato, il catalizzatore diventa altamente energetico e quindi ha energia sufficiente per dividere i legami CH. Troviamo che questo funziona per il metano, etano, propano, e isobutano, " dice Noël. Aggiunge:"Il nostro nuovo approccio è più veloce degli approcci tradizionali, e siamo entusiasti di vedere come si sviluppa. Questo studio ha impiegato microreattori dato che facilitano un maggiore controllo sulle condizioni di reazione, migliore confinamento delle materie prime gassose, e più facile illuminazione del catalizzatore. Nel futuro, prenderemo in considerazione reattori che possono consentire capacità produttive più elevate".

Questo nuovo metodo apre la strada alla produzione più economica di alcuni farmaci dato che il costo di attivazione dei gas per la loro produzione sarebbe inferiore.