Podría producir materiales de carbono útiles sin formar dióxido de carbono ni desechos
Un equipo de investigación dirigido por el profesor adjunto Shogo Mori y el profesor Susumu Saito en la Universidad de Nagoya ha desarrollado un método de fotosíntesis artificial que utiliza la luz solar y el agua para producir energía y valiosos compuestos orgánicos, incluidos materiales farmacéuticos, a partir de compuestos orgánicos de desecho. Este logro representa un paso significativo hacia la producción energética y química sostenible.
"La fotosíntesis artificial implica reacciones químicas que imitan la forma en que las plantas convierten la luz solar, el agua y el dióxido de carbono en glucosa rica en energía", explicó Saito. "No se generaron productos de desecho, que a menudo se producen mediante otros procesos, sino que solo se creó energía y sustancias químicas útiles".
Su técnica, a la que denominan fotosíntesis artificial dirigida hacia la síntesis orgánica (APOS), cumple todos los criterios de la fotosíntesis artificial y supone un cambio de paradigma en el campo de la fotosíntesis artificial debido a su utilización de materia orgánica y agua como materias primas en la reacción.
"La clave del éxito de APOS son los efectos cooperativos de dos tipos de fotocatalizadores semiconductores inorgánicos", afirmó Saito. "Los catalizadores promueven respectivamente la descomposición de la materia orgánica residual y del agua a través de la división del agua, lo que conduce esta vez a la síntesis de compuestos orgánicos útiles e hidrógeno 'verde'".
Imagen: a) Fotosíntesis natural (izquierda) y fotosíntesis artificial dirigida a la síntesis orgánica (APOS) (derecha, este trabajo). b) Mecanismo de cascada de cruce de radicales a cationes de la carbohidroxilación de derivados de estireno de manera derrochadora (trabajo previo) y a través de una activación limpia del enlace C–H con evolución de H2 (este trabajo). Crédito: Issey Takahashi (WPI-ITbM, Universidad de Nagoya).
Los investigadores describen para su descubrimiento una serie de aplicaciones prácticas. En el experimento, utilizaron diferentes materias primas orgánicas para sintetizar más de 25 distintos productos de alcohol y éter que contienen una amplia gama de grupos funcionales, incluido un análogo de un antidepresivo y un medicamento contra la fiebre del heno.
La técnica también permite modificar materiales orgánicos, lo que demostraron modificando un fármaco utilizado para tratar los elevados niveles de lípidos en la sangre.
"Nuestra técnica de última generación podría potencialmente producir materiales de carbono útiles sin formar dióxido de carbono ni desechos", dijo Saito.
"Un ejemplo es el acetonitrilo que utilizamos en este experimento como material de partida. El acetonitrilo es un subproducto generado durante la producción industrial en masa de polímeros y nanofibras de carbono. Su uso en APOS permitió que se convirtiera en un producto útil, lo que potencialmente reduce los desechos".
Esta investigación marca el comienzo de un nuevo campo de fotosíntesis artificial para la síntesis orgánica, y se espera que los resultados contribuyan a la producción química médica y agrícola sostenible que utilice energía renovable y recursos como la luz solar y el agua.
Los hallazgos fueron publicados en Nature Communications: Artificial photosynthesis directed toward organic synthesis
