Catálisis, en la ruta de la producción sostenible

L.A. ORO/J.J. PÉREZ-TORRENTE L.A. ORO/J.J. PÉREZ-TORRENTE 28/04/2011

La Química es probablemente la ciencia con mayor impacto en nuestra calidad de vida ya que ha dado forma a la moderna sociedad tecnológica del nuevo siglo proporcionándonos energía, medicinas, alimentos, agroquímicos y nuevos materiales. Sin embargo, el progreso y bienestar social están condicionados por el nivel tecnológico, los recursos y la capacidad del medio ambiente para absorber los efectos derivados de la actividad humana. En un escenario con recursos naturales limitados y un coste creciente de los productos petroquímicos, de la energía y de las materias primas, es necesario introducir un modelo de desarrollo sostenible que permita afrontar las necesidades de nuestra generación sin poner en peligro las necesidades de las generaciones futuras. El establecimiento de actividades productivas sin más criterio que el económico lleva generalmente asociado, tanto a escala local como global, graves problemas medioambientales.

Las actividades productivas asociadas con la química van a estar condicionadas por la creciente demanda social de procesos menos contaminantes que minimicen la producción de residuos y que permitan la utilización de recursos naturales escasos de un modo mucho más eficiente. En este contexto la catálisis es una de las claves de la sostenibilidad ya que permite métodos de producción más eficientes puesto que evita la utilización de reactivos estequiométricos, reduce la producción de residuos y permite la utilización eficaz de la energía. En la actualidad se estima que en la producción del 85% de los productos industriales interviene al menos un proceso catalítico y es de esperar que este porcentaje se incremente.

El grupo de investigación Catálisis Homogénea por Compuestos Organometálicos, reconocido con la categoría de excelencia por el Gobierno de Aragón, investiga en la preparación de nuevos compuestos organometálicos orientada al desarrollo de catalizadores homogéneos basados en metales de transición. En los procesos catalíticos que se desarrollan en fase homogénea los reactivos y el catalizador, generalmente un complejo soluble de metales de transición, se encuentran en la misma fase líquida. La catálisis homogénea hace posible transformaciones químicas selectivas con elevada economía atómica en condiciones muy suaves, lo que se traduce en metodologías de síntesis más eficientes, claves en el desarrollo de una industria química con bajo impacto medioambiental. Cumpliendo estas premisas, mediante reacciones catalizadas en fase homogénea se puede preparar eficazmente desde polímeros en grandes tonelajes hasta productos farmacéuticos y productos de alto valor añadido en pequeña o mediana escala. Por todo ello, la catálisis homogénea tiene un carácter interdisciplinar que vincula los intereses de los sectores académico e industrial.

El objetivo prioritario del grupo de investigación, el desarrollo de catalizadores homogéneos, se articula a través de varias líneas de investigación. En primer lugar, la actividad del grupo se apoya en una importante actividad sintética inicial centrada en la preparación de nuevos precursores de catalizador que contienen un metal de transición: rodio, iridio, rutenio, titanio, zirconio, etc. o varios de ellos con objeto de buscar fenómenos de cooperación entre varios centros metálicos. El desarrollo de los catalizadores está basado en el estudio detallado de la reactividad y de los mecanismos de las reacciones. Este tipo de estudios requiere la utilización concertada de técnicas experimentales muy variadas y supone una línea de investigación diferenciada dentro del grupo. Adicionalmente, en el grupo se aborda el estudio estructural de complejos y catalizadores mediante técnicas estructurales, la racionalización de su reactividad sobre la base de estos estudios, la modelización de intermedios de reacción y el cálculo de coordenadas de reacción. Por último, entre los objetivos del grupo está el desarrollo de procesos catalíticos de carácter pre-competitivo resultado de la integración de las líneas de investigación anteriores e incluye la adecuación experimental de estas reacciones a condiciones aceptables desde el punto de vista medioambiental, incluida la heterogeneización de catalizadores homogéneos.

Las aplicaciones catalíticas que en el grupo de investigación reciben una atención preferente son: la activación/funcionalización de hidrocarburos, la funcionalización y polimerización de compuestos insaturados, así como hidrogenación y carbonilación. Algunos resultados recientes de especial relevancia son el desarrollo de catalizadores de rodio con excelente actividad y selectividad en procesos de hidroaminación de olefinas, o en el marcado isotópico con deuterio de olefinas aromáticas en condiciones suaves, reacción de gran interés para el estudio del metabolismo de fármacos. Otros resultados destacados son la activación reversible de CO2 por compuestos de iridio o la preparación de clusters metálicos de rodio para la modelización del proceso de migración de hidrógeno en catalizadores heterogéneos.

El grupo de investigación está compuesto por 14 investigadores permanentes, de la Universidad de Zaragoza y al Consejo Superior de Investigaciones Científicas, experimentados y capaces de desenvolverse de forma eficaz en las líneas de investigación anteriormente señaladas. Debe destacarse la incorporación reciente de jóvenes investigadores con una excelente formación postdoctoral y probada calidad en otros grupos nacionales o internacionales. Los Profesores Luis A. Oro y Jesús J. Pérez-Torrente son los responsables de la coordinación del grupo. El resto de investigadores no permanentes del grupo son becarios pre-doctorales financiados por el MEC, el Gobierno de Aragón y el Instituto Universitario de Catálisis Homogénea (IUCH). El grupo mantiene colaboraciones con grupos europeos y americanos. Ha sido distinguido por la Unión Europea como Marie Curie Training Site en Catálisis Homogénea, y en su seno se han formado un buen número de jóvenes científicos europeos. A ello habría que añadir estancias posdoctorales, en ocasiones financiadas por su país de origen, como es el caso de visitantes alemanes financiados por la Fundación Humboldt o la Deutsche Forschungsgemeinschaft, y de ilustres profesores visitantes.