El desarrollo de procesos químicos sostenibles

El desarrollo de procesos químicos sostenibles se ha convertido en uno de los aspectos más importantes en la química moderna, cuyo objetivo principal es la disminución del impacto ambiental y el aprovechamiento de las fuentes naturales. Así, la catálisis es uno de los métodos más importantes para alcanzar este objetivo.1 La idea fundamental detrás de cada reacción catalítica está en disminuir la barrera de activación mediante la utilización de un catalizador.2

Dentro del área de la catálisis, la organocatálisis ha evolucionado rápidamente en los últimos años. El bajo coste, la baja toxicidad y la reactividad única de los organocatalizadores hacen estos procesos particularmente interesantes, pero se necesitan nuevos métodos de activación. La Figura 1 resume la evolución de los diferentes organocatalizadores, desde los monofuncionales o de primera generación a los bifuncionales o de segunda generación. Sería deseable el descubrimiento de organocatalizadores que dieran lugar a nuevas reactividades, y por tanto a una nueva generación.

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Figura 1. Evolución de los diferentes organocatalizadores.

En los últimos años, la fotocatálisis ha aparecido como una nueva estrategia para procesos catalíticos, donde las reacciones son aceleradas por la luz en presencia de un fotocatalizador. La luz solar es una fuente de energía efectiva, segura, barata e inagotable. Debido a ello uno de los objetivos de la comunidad científica está en utilizar la luz para facilitar la síntesis de moléculas complejas, imitando de esta manera el proceso de fotosíntesis de las plantas. Aun así, el uso de la luz visible en la síntesis fotoquímica es un reto, ya que las moléculas orgánicas más simples tienden a absorber fotones sólo en la región ultravioleta, es decir, no interactúan con las longitudes de onda de la luz visible que atraviesan la atmósfera y llegan a la superficie de la tierra. De este modo, la velocidad de desarrollo de la síntesis fotoquímica se ha visto mermada, reduciéndose al empleo de lámparas UV.3 La utilización de fotosensibilizadores adecuados, que sean capaces de transferir la energía de la luz visible a los sustratos, puede ser igual o incluso más efectiva que la excitación directa con luz ultravioleta.4

Dentro de la fotocatálisis, se diferencian dos tipos según el tipo de fotoactivación de las moléculas orgánicas: la fotocatálisis por transferencia energética o fotosensibilización, donde la generación de los estados electrónicamente excitados es indirecta; y la fotocatálisis por transferencia electrónica fotoinducida o catálisis fotorredox. Para conseguir una buena transferencia energética es necesario alcanzar las energías de los estados excitados, a diferencia del caso de la catálisis por transferencia electrónica, donde es necesario alcanzar el potencial redox del sensibilizador.3

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