Logran sintetizar por primeira vez un composto bioactivo partindo directamente de metano

O gas natural, unha das fontes de enerxía máis abundantes do planeta, está composto principalmente por metano, etano e propano. Máis alá da súa combustión para producir enerxía, que xera emisións de gases de efecto invernadoiro, existe un enorme interese científico e industrial por converter estes hidrocarburos directamente en produtos químicos de alto valor. Non obstante, a súa extrema estabilidade e baixa reactividade supuxo un desafío formidable durante décadas, o que limitou o se aproveitamento como materia prima sostible para a industria química.

Un equipo liderado polo investigador Martín Fañanás, do Centro Singular de Investigación en Química Biolóxica e Materiais Moleculares (CiQUS) da Universidade de Santiago de Compostela (USC), desenvolveu un método innovador que permite transformar directamente o metano e outros compoñentes do gas natural en "bloques de construción" versátiles para a síntese de produtos de grande interese comercial, como fármacos. O avance, recentemente publicado na revista Science Advances, representa un paso crucial cara a unha economía química máis circular e menos dependente do petróleo.

O persoal investigador do CiQUS conseguiu, por primeira vez, sintetizar un composto bioactivo, o dimestrol (un estróxeno non esteroideo utilizado en terapia hormonal), partindo directamente de metano como materia prima. Isto ilustra o potencial da nova metodoloxía para crear moléculas complexas e valiosas a partir dunha materia prima simple, abundante e de baixo custe.

Domar os radicais libres para abrir novas vías químicas

A estratexia do equipo céntrase nunha reacción coñecida como 'alilación', que consiste en acoplar unha pequena 'asa' ou estrutura química (un grupo alilo) á molécula de gas. Este 'asa' actúa como un intermediario versátil, un punto de anclaxe que permite, en pasos posteriores, construír unha ampla gama de produtos finais, desde principios activos farmacéuticos ata produtos químicos de gran consumo. O principal obstáculo para lograr esta reacción con gases era a tendencia do sistema catalítico a xerar subprodutos de cloración non desexados, o que arruinaba o proceso.

Para superar este escollo, o equipo desenvolveu un catalizador 'á carta'.  "A clave do avance reside no deseño dun catalizador supramolecular baseado nun anión tetracloroferrato estabilizado por catións colidinio, que consigue modular a reactividade das especies radicalarias que se xeran no medio de reacción", explica o profesor da USC. "A formación dunha intrincada rede de pontes de hidróxeno en torno ao átomo de ferro mantén a reactividade fotoquímica do catalizador, necesaria para activar o alcano, á vez que suprime a súa tendencia á reacción competitiva de cloración, conseguindo desta maneira un escenario favorable para que se dea a reacción de alilación de forma selectiva".

Ademais da súa eficacia, o método destaca pola súa sostibilidade, xa que emprega ferro, un metal abundante, barato e moito menos tóxico que outros metais preciosos comunmente utilizados en catálise. A reacción lévase a cabo ademais en condicións suaves de temperatura e presión, utilizando luz LED como fonte de enerxía, o que reduce significativamente o seu potencial impacto ambiental e o custe enerxético.

O traballo enmárcase nunha liña de investigación máis ampla do grupo financiada polo Consello Europeo de Investigación (ERC) orientada á valorización dos principais compoñentes do gas natural. Recentemente, e nun avance complementario publicado en Cell Reports Physical Science, o mesmo equipo presentou unha metodoloxía para acoplar estes gases directamente con cloruros de ácido, obtendo cetonas de interese industrial nun só paso. Ambos os dous traballos, baseados en estratexias de fotocatálise, consolidan o CiQUS da USC como un referente na busca de solucións químicas innovadoras para o aproveitamento de materias primas abundantes.

A capacidade de transformar o gas natural en intermedios químicos versátiles abre un abano de posibilidades para a industria, sentando as bases para substituír progresivamente as fontes petroquímicas por outras máis sostibles. Este tipo de investigación de vangarda é posible grazas á contorna de excelencia do CiQUS, que conta co recoñecemento CIGUS da Xunta de Galicia, que acredita a calidade e impacto da súa investigación. O centro recibe un apoio financeiro crucial da Unión Europea a través do Programa Galicia FEDER 2021-2027, o que permite impulsar avances científicos con potencial de transferencia e impacto socioeconómico.