Transformar el carbono en azúcares: un avance en la electroquímica
El desafío de crear complejidad a partir de moléculas simples ha sido abordado por un equipo de investigadores de Sorbonne Université, liderado por el químico Marc Robert. Este grupo ha logrado utilizar la electricidad para ensamblar moléculas de carbono y formar azúcares complejos, una colaboración que también involucra al equipo del CNRS dirigido por Sébastien Bontemps en Toulouse. Esta investigación no solo ilumina los mecanismos fundamentales de la química, sino que también abre nuevas perspectivas hacia una química más sostenible.
Inspiración en los procesos naturales
Marc Robert, especializado en electroquímica, destaca que su trabajo se centra en el uso de la electricidad para desencadenar y controlar reacciones químicas. Su equipo investiga reacciones catalíticas, donde un catalizador facilita una transformación química sin ser consumido. Este mecanismo es común en la naturaleza, como ocurre en la fotosíntesis, donde las plantas convierten agua en oxígeno mediante sistemas complejos que utilizan metales como el manganeso.
Los investigadores buscan replicar o inspirarse en estos procesos naturales para diseñar reacciones químicas eficientes y comprender cómo se llevan a cabo. La idea es aprovechar estos conocimientos para avanzar hacia soluciones innovadoras en química.
Desafío del CO?: una molécula estable
En este contexto, el equipo se ha enfocado en transformar el dióxido de carbono (CO?), conocido por su estabilidad e inercia. Una vez liberado a la atmósfera, el CO? puede permanecer allí durante casi un siglo. Los investigadores han decidido abordar esta molécula no solo como un desecho, sino como una materia prima valiosa. Inicialmente, sus esfuerzos se centraron en convertir el CO? en compuestos más simples como metanol y etanol, lo que les llevó a obtener varios patentes y fundar la start-up Carboneo, dedicada a la valorización del CO?.
Recientemente, han buscado ir más allá al intentar fabricar moléculas más complejas, como azúcares.
El proceso de ensamblaje del carbono
Este reto es significativo. Según Marc Robert, "hay que hacer crecer una molécula", lo que implica crear enlaces entre varios átomos de carbono, similar a ensamblar un collar de perlas. Combinar múltiples moléculas de CO? resulta extremadamente complicado y hasta ahora había pocos ejemplos documentados de este tipo de transformación.
La metodología empleada consiste en dos etapas dentro del mismo reactor. Primero, el CO? o monóxido de carbono se transforma en formaldéhido mediante un corriente eléctrica, agua y un catalizador basado en cobalto. Este catalizador permite que el CO? se transforme al deformarse al unirse al metal, eliminando un átomo de oxígeno y añadiendo átomos de hidrógeno para generar formaldéhido, que luego sirve como base para construir moléculas más complejas.
Crea complejidad a partir de simplicidad
En la segunda etapa del proceso, varias moléculas de formaldéhido se combinan para formar azúcares con cinco o seis átomos de carbono. Esta reacción, conocida como reacción de formosa desde el siglo XIX y descubierta por el químico ruso Alexander Butlerov, aún no tiene completamente aclarados sus mecanismos.
"Nuestra originalidad radica en haber logrado activar esta reacción dentro de un contexto electroquímico", afirma Marc Robert. Con electricidad adicional, agua y un catalizador, los investigadores producen azúcares similares a los encontrados en organismos vivos sin necesidad de enzimas o biomasa.
Nuevas oportunidades para una química sostenible
Las aplicaciones potenciales son vastas: desde la química farmacéutica hasta la producción básica de moléculas e incluso recursos para contextos extremos como la exploración espacial. Sin embargo, Marc Robert advierte sobre las limitaciones del proceso; reciclar CO? no significa eliminarlo completamente. "No existe tal cosa como carbono negativo", subraya. La combustión de cualquier combustible derivado del CO? inevitablemente libera carbono nuevamente a la atmósfera.
No obstante, lo relevante es poder circular el carbono dentro de un ciclo cerrado sin depender constantemente de nuevos recursos fósiles. Para que esto funcione adecuadamente es crucial utilizar energía renovable; "sería absurdo usar carbón o gas natural para producir electricidad destinada a estas reacciones", concluye Marc Robert.
Afrontando el futuro con investigación fundamental
A pesar del potencial descubrimiento, el equipo ha optado por no patentarlo aún debido a la fuerte competencia internacional y las incertidumbres sobre sus aplicaciones inmediatas. "Hay también una parte significativa de logro científico", reconoce Marc Robert. Probar que es posible fabricar moléculas complejas a partir del carbono es ya un gran avance.
Lamentablemente, las investigaciones continúan enfocándose en entender cómo se forman estos azúcares y por qué la reacción es tan selectiva. Para Marc Robert, esta experiencia resalta la importancia vital de realizar investigaciones fundamentales a largo plazo: "Este resultado no era esperado ni predecible", confiesa.
A medida que avanza esta investigación respaldada por financiamiento público pero conducida con libertad científica genuina, se pone énfasis en cómo las exploraciones abiertas pueden llevar a descubrimientos significativos. "Sorbonne Université proporciona un entorno propicio para este tipo de investigación", concluye Marc Robert, destacando un ecosistema dinámico donde las disciplinas interactúan y las ideas fluyen libremente.
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