O CiQUS dá un novo pulo á química sostible cun método innovador que combina luz vermella e catalizadores

Dous equipos do Centro Singular de Investigación en Química Biolóxica e Materiais Moleculares da USC (CiQUS) acaban de desenvolver un método innovador e máis sostible que moitos dos que se adoitan empregar na actualidade, baseado no uso de luz vermella —de baixa enerxía e alta capacidade de penetración— en combinación con catalizadores sólidos reciclables, para promover reaccións químicas de forma eficiente e limpa. “A química moderna busca cada vez máis procesos sostibles, que reduzan o consumo enerxético e eviten o uso de materiais difíciles de recuperar ou contaminantes”, desatacan os científicos do CiQUS Martín Fañanás e Manuel Souto, responsables da investigación. 

Un exemplo especialmente prometedor é a fotocatálise, unha técnica que utiliza luz para promover reaccións químicas, substituíndo métodos convencionais máis agresivos. “Con todo, moitos dos fotocatalizadores dispoñibles na actualidade son homoxéneos, é dicir, disólvense no medio de reacción e non poden recuperarse nin reutilizarse facilmente, o que xera residuos e encarece o proceso”, destacan. Ademais, a maioría funciona con luz azul ou ultravioleta, “que consome máis enerxía e ten unha penetración limitada, dificultando a súa aplicación en procesos a gran escala ou en contornas biolóxicas”. 

O traballo demostra o potencial das redes orgánicas covalentes (COFs) como fotocatalizadores heteroxéneos activos baixo luz vermella, un campo aínda pouco explorado. Esta combinación —materiais reciclables e luz suave— representa un avance significativo cara a métodos químicos máis sostibles. Os COFs son materiais porosos e ordenados formados pola unión controlada de bloques orgánicos, coma se fosen “estruturas de LEGO” a escala molecular, relatan os investigadores. Comparten algunhas propiedades cos MOFs —materiais que foron recoñecidos nos últimos Premios Nobel de Química— pero son puramente orgánicos, e destacan pola súa versatilidade estrutural, estabilidade química e capacidade para absorber luz. 

Neste traballo, os equipos do CiQUS deseñaron un COF especial incorporando un fragmento molecular fotoactivo —baseado nunha estrutura de benzotiadiazol—, capaz de absorber luz vermella e xerar as especies reactivas necesarias para iniciar a transformación química. Ao ser un sólido insoluble, o material recupérase facilmente tras a reacción e pode reutilizarse polo menos seis veces sen perda de rendemento, algo que non é posible cos fotocatalizadores homoxéneos convencionais. 

Para demostrar o alcance desta estratexia, os investigadores aplicaron o novo COF a unha reacción modelo de sulfonilación directa de ligazóns C-H en anilinas, que permite obter sulfonas, compostos presentes en numerosas moléculas bioactivas e farmacéuticas. Estes grupos funcionais melloran propiedades como a estabilidade ou a afinidade por dianas biolóxicas, polo que “desenvolver métodos directos, limpos e versátiles para producilos a partir de materias primas sinxelas é de gran interese para a síntese orgánica e a industria química”, destacan. Con cantidades mínimas de catalizador e baixo condicións suaves, o sistema logrou transformar eficientemente unha ampla variedade de compostos, evidenciando o seu potencial para aplicacións reais. 

Sinerxía

Este traballo é ademais un exemplo de colaboración interna e sinerxía científica dentro do CiQUS. Por unha banda, o grupo liderado por Martín Fañanás Mastral achegou a súa experiencia en síntese orgánica e fotocatálise; por outro, o equipo de Manuel Souto deseñou e preparou os COFs fotoactivos. A combinación destas dúas áreas de especialización foi clave para o éxito do estudo, que contou co apoio do programa CiQUS-Synergy, destinado a fomentar a cooperación entre grupos do propio centro. 

O CiQUS conta co recoñecemento CIGUS da Xunta de Galicia, que acredita a calidade e impacto da súa investigación, e recibe apoio financeiro da Unión Europea a través do Programa Galicia FEDER 2021-2027. Este avance, publicado na revista Journal of the American Chemical Society, abre a porta a novas aplicacións dos COFs en procesos fotocatalíticos sostibles, non só en síntese orgánica, senón tamén noutros ámbitos onde a luz vermella ofrece vantaxes claras, como a biomedicina. Ademais, demostra como a colaboración entre disciplinas dentro dun mesmo centro pode dar lugar a desenvolvementos científicos punteiros.