26/05/2025
Un equipo del Instituto de Tecnología Química (ITQ), centro de investigación mixto de la Universitat Politècnica de València (UPV) y del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), junto con un grupo de investigación del departamento de Química Orgánica de la Facultad de Farmacia de la Universitat de València (UV), ha desarrollado un catalizador heterogéneo bimetálico. El catalizador está constituido por nanoagregados de plata y renio soportados sobre una matriz de alúmina (combinación bimetálica inexplorada hasta la fecha para este tipo de procesos químicos) que permite obtener lactamas, compuestos altamente relevantes para las industrias farmacéutica y de polímeros, de una manera sostenible.
“En este trabajo hemos sido capaces de desarrollar el primer sistema catalítico de amplia aplicabilidad para obtener de manera práctica, sostenible y selectiva lactamas a partir de la hidrogenación de compuestos orgánicos muy accesibles (imidas cíclicas) e hidrógeno”, explica el Dr. Jose Ramón Cabrero Antonino, científico titular del CSIC en el ITQ (UPV-CSIC).
La elaboración de esta nueva metodología para la síntesis de compuestos orgánicos de alta relevancia supone un gran avance científico, en comparación a los métodos empleados hasta el momento. Esto se debe a que las lactamas son compuestos de gran interés en las áreas de la química médica y de polímeros. Por poner un ejemplo, entre los diez fármacos más vendidos en el año 2022, tres de ellos eran lactamas.
Asimismo, a lo largo de la investigación publicada en la revista Nature Communications, el equipo de investigación ha estudiado en detalle no solo la estructura del catalizador heterogéneo desarrollado, sino también su proceso de activación y el mecanismo por el cual transcurre la transformación catalítica. Este tipo de aproximación racional a la catálisis heterogénea aplicada a química orgánica, supone también un avance destacable en este campo.
“La comprensión en profundidad de la estructura del catalizador y su proceso de activación, donde hemos podido identificar la naturaleza química de las especies que componen nuestro material precatalítico y cómo influye la formación de estas especies concretas en la formación, in situ, bajo las condiciones de reacción, del material activo abre la puerta a la potencial aplicación del mismo, así como de otros materiales relacionados, a procesos orgánicos de interés altamente sostenibles y que den lugar a la producción de otro tipo de compuestos orgánicos relevantes”, afirma la Dra. Rosa Adam Ortiz, investigadora Ramón y Cajal del Departamento de Química Orgánica de la Facultad de Farmacia de la UV.
Además, esta investigación resulta innovadora desde el punto de vista del diseño de un nuevo tipo de material bimetálico multifuncional como catalizador. En los últimos años, el diseño de materiales bimetálicos para procesos catalíticos que utilizan hidrógeno ha sido un campo muy activo. La combinación bimetálica plata-renio descrita en este trabajo no había sido explorada hasta este momento en el campo de la catálisis heterogénea y, por tanto, abre nuevas vías en esta área.
Colaboraciones
Además del ITQ (UPV-CSIC) y de la UV, han sido esenciales las colaboraciones con investigadores del del Instituto de Microscopía Electrónica y Materiales de la Universidad de Cádiz (IMEYMAT) y del Sincrotrón ALBA para llevar a cabo la caracterización en profundidad del catalizador idóneo, así como su proceso de activación.
En concreto, en la línea de luz CLAESS del Sincrotrón ALBA se realizaron estudios de espectroscopía de absorción de rayos X, en los que se comprobó las diferencias electrónicas y estructurales locales entre los nanocatalizadores bimetálicos, así como su reorganización dinámica tras la reducción. Por su parte, el trabajo realizado por los investigadores del IMEYMAT, empleando técnicas de Microscopía Electrónica de Barrido-Transmisión, ha proporcionado una visión detallada de los materiales investigados a escala atómica.
Síntesis general de lactamas mediante una hidrodesoxigenación altamente selectiva de imidas cíclicas mediante el empleo de un material bimetálico nanoestructurado denominado como [AgRe/Al2O3].
La investigación ha sido financiada por la Generalitat Valenciana, el Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades, la fundació “la Caixa” y el Programa de Excelencia Severo Ochoa del ITQ (UPV-CSIC).
Representación gráfica de la investigación que se ha llevado a cabo en el trabajo, centrada en el diseño racional de un material nanoestructurado basado en nanoagregados bimetálicos de Ag y Re estabilizados sobre una matriz de alúmina, que muestra las propiedades catalíticas idóneas para promover de manera eficiente la formación de lactamas a partir de la hidrodesoxigenación de imidas cíclicas, generando agua como único subproducto de reacción.
Lluna-Galán, C., Arango-Daza, J.C., Gómez, D. et al. Building lactams by highly selective hydrodeoxygenation of cyclic imides using an alumina-supported AgRe bimetallic nanocatalyst. Nat. Commun. 2025, 16, 4119, https://doi.org/10.1038/s41467-025-59514-7
