Electrosíntesis sostenible permite producir aminas directamente a partir del nitrógeno del aire

 Una estrategia electroquímica capaz de producir aminas directamente a partir del nitrógeno molecular (N₂) fue demostrada por investigadores vinculados al Centro de Desarrollo de Materiales Funcionales (CDMF), un Centro de Investigación, Innovación y Difusión (CEPID, por sus siglas em portugués) de la FAPESP con sede en la Universidad Federal de São Carlos (UFSCar), estado de São Paulo, Brasil. El método puede abrir el camino hacia rutas más sostenibles para la producción de insumos químicos ampliamente utilizados en la industria.

Las aminas son un grupo funcional caracterizado por la presencia de un átomo de nitrógeno unido a uno o más grupos alquilo o arilo (anillo aromático). Derivadas del amoníaco, desempeñan papeles cruciales tanto en sistemas biológicos como en diversas aplicaciones industriales. En la vida cotidiana, pueden encontrarse en productos comunes, como medicamentos y cosméticos, donde actúan como ingredientes activos o estabilizantes.

La producción de aminas suele depender de procesos químicos complejos, muchas veces basados en intermediarios derivados de combustibles fósiles o en etapas energéticamente intensivas.

El nuevo método fue desarrollado por científicos de la UFSCar en colaboración con investigadores de la University of Bath, y descrito en un artículo publicado en la revista ACS Electrochemistry.

La investigación muestra que es posible sintetizar isopropilamina y diisopropilamina —compuestos importantes en la síntesis química y en aplicaciones industriales— utilizando nitrógeno gaseoso y acetona en un proceso electroquímico realizado en solución acuosa y en condiciones ambientales.

Los investigadores demostraron que la reacción puede ocurrir directamente en un sistema electroquímico, en el cual el nitrógeno es activado en un electrodo modificado con disulfuro de molibdeno. Este material actúa como catalizador, facilitando la formación de enlaces carbono-nitrógeno y permitiendo la conversión del nitrógeno molecular en moléculas orgánicas nitrogenadas.

Los experimentos indicaron que el proceso puede generar cantidades detectables de isopropilamina y diisopropilamina a partir de la combinación de nitrógeno y acetona bajo aplicación de potencial eléctrico.

Electrificación de la síntesis química

Una de las principales ventajas del enfoque es que la reacción ocurre a temperatura ambiente, presión atmosférica y en medio acuoso. En principio, eso permitiría alimentar el proceso con electricidad proveniente de fuentes renovables, como la solar o la eólica.

Además, la estrategia evita etapas intermedias comunes en la industria química, como la producción previa de amoníaco o el uso de hidrógeno molecular, lo que puede simplificar la cadena de síntesis.

Según los autores, aunque las tasas de producción todavía son relativamente bajas, el trabajo demuestra la viabilidad de un concepto prometedor: producir directamente moléculas orgánicas que contienen nitrógeno a partir del N₂ mediante electrosíntesis. De acuerdo con ellos, mejoras en el diseño del catalizador, en la estructura de los electrodos y en las condiciones de reacción pueden aumentar significativamente la eficiencia del proceso.

El estudio integra esfuerzos internacionales para desarrollar rutas químicas más limpias y alineadas con la transición energética, con el objetivo de transformar moléculas abundantes en productos de mayor valor agregado utilizando electricidad.

El artículo Sustainable electrosynthesis of propylamines through nitrogen reduction on a MoS₂ catalyst puede leerse en: pubs.acs.org/doi/10.1021/acselectrochem.5c00490.