Los científicos han adaptado una técnica más utilizada para fabricar patatas fritas y mezclar polímeros de modo que pueda realizar reacciones orgánicas complejas de varios componentes en un solo paso sin necesidad de un disolvente.
Los productos químicos finos, como los fármacos, los aditivos alimentarios y las fragancias, suelen fabricarse mediante procesos complejos con muchos pasos de reacción intrincados. Estos pasos pueden ser largos y costosos, y a menudo requieren disolventes que son perjudiciales para el medio ambiente. Pero la mecanoquímica, en la que las fuerzas mecánicas inician las reacciones químicas, podría evitar estos problemas.
Universidad Queen’s de Belfast
Deborah Crawford y su equipo de la Universidad Queen’s de Belfast (Reino Unido) han demostrado que una técnica mecanoquímica denominada extrusión de doble tornillo puede sintetizar productos químicos finos en un proceso único y continuo, sin necesidad de disolventes ni etapas de purificación. La extrusión de doble tornillo se utiliza sobre todo en el sector alimentario para fabricar cereales y patatas fritas, y en el procesamiento de polímeros para mezclarlos y hacerlos reaccionar. Utiliza dos tornillos colocados uno al lado del otro, que giran en paralelo. Después de introducir los reactivos sólidos o semisólidos, los tornillos entrelazados trituran y mezclan íntimamente los materiales, forzándolos a través de un espacio limitado. Los tornillos giratorios proporcionan cizallamiento y el espacio restringido proporciona compresión. Estas fuerzas combinadas hacen que se produzca una reacción.
El equipo de Crawford dispuso los tornillos en línea, como un telescopio extensible. Alinear los tornillos y alimentar diferentes reactivos en distintos puntos significaba que el equipo podía combinar múltiples pasos en los que tres o más materiales de partida reaccionan en un proceso continuo.
Los reactivos se añaden a lo largo del barril del extrusor para llevar a cabo una segunda, tercera, cuarta, etc., transformación en el sustrato de partida, y no es necesario trabajar entre cada paso», explica Crawford. Empezaron combinando la condensación de Knoevenagel y la adición de Michael en un solo proceso, y luego lo aplicaron a la reacción más compleja de Petasis -utilizada para fabricar aminas y aminoácidos-, que nunca antes se había logrado utilizando la mecanoquímica. Demostramos la capacidad de producir cantidades de kilogramos por hora utilizando este proceso en un laboratorio normal. Con un extrusor más grande, como los que se utilizan en la industria, se podrían sintetizar materiales en cantidades de toneladas por hora», añade Crawford.
Universidad de Edimburgo
Andrew Alexander, lector de física química en la Universidad de Edimburgo (Reino Unido) y académico asociado al Centro de Investigación de Fabricación Continua y Cristalización del Futuro, afirma que el potencial de ampliación es una gran ventaja. Varias extrusoras funcionando en paralelo podrían igualar y superar fácilmente el procesamiento por lotes, con todas las ventajas de control, seguridad y sostenibilidad. Pero la principal ventaja es el control de la temperatura: como se procesa una pequeña cantidad de sólido a la vez, la temperatura puede medirse y controlarse muy de cerca, lo que mejora la consistencia de las condiciones de reacción», afirma. No sólo eso, sino que si algo va mal en un molino, se pierde todo el lote; con este proceso, se puede parar y arreglar un problema y sólo se ha perdido una pequeña fracción de los materiales de entrada».
