Resumen:

Una de las estrategias que utiliza la economía circular para mitigar el cambio climático es la captura y el uso del dióxido de carbono (CO2), eliminando este gas de efecto invernadero (GEI) de la atmósfera y transformándolo en otros materiales como combustibles, productos químicos o nuevos tipos de plásticos (polímeros biodegradables). Estos últimos se obtienen en un proceso de síntesis que involucra la reacción entre dos tipos de bloques estructurales: el CO2 y un compuesto orgánico conocido como epóxido. El CO2, es una materia prima renovable, económica y ampliamente disponible; a la vez que los compuestos orgánicos (epóxidos) utilizados presentan una gran variedad estructural, que se ve reflejada en las propiedades del nuevo plástico (polímero biodegradable) obtenido. Esta reacción requiere el uso de catalizadores para llevarse a cabo, los cuales van a ser sintetizados como complejos metálicos con metales como Co(III) y Cr(III). La función de estos catalizadores es mejorar la formación del polímero biodegradable, ya que aumenta la selectividad hacia una sola estructura del polímero. De manera que el desarrollo de catalizadores altamente activos da como resultado un amplio conjunto de nuevos plásticos con una mayor biodegradabilidad y versatilidad, capaces de reemplazar a los plásticos convencionales no biodegradables como el poliestireno y polietileno. Los cuales son derivados del petróleo y su acumulación en ríos y océanos es actualmente uno de los principales problemas de contaminación ambiental a nivel mundial.

Objetivo principal:

A través de esta investigación se busca estudiar la síntesis de diferentes catalizadores y su actividad catalítica en la producción de nuevos plásticos (polímeros biodegradables), los cuales son materiales prometedores que pueden sustituir los plásticos convencionales. Adicionalmente, contribuir a la investigación en el área de la química inorgánica desde el punto de vista de la catálisis homogénea y a la reducción de la contaminación ambiental guiando el proceso hacia una economía circular.

Más de 36.000 millones de toneladas de CO2 se emitieron en todo el mundo en el año 2019. Siendo la producción de plásticos convencionales derivados del petróleo uno de los procesos industriales que emite la mayor cantidad de CO2 y son uno de los problemas de contaminación ambiental debido a su gran acumulación. Este proceso involucra dos compuestos tóxicos que causan problemas de salud pública y de contaminación ambiental. El primero es el gas fosgeno, el cual puede causar grave daño pulmonar como enfisema y bronquitis, si se expone a niveles altos de este gas en el aire; además de ser un gas que se degrada lentamente en la atmósfera. El segundo compuesto es el bisfenol A (BPA), que se ha demostrado puede filtrarse en lo alimentos o las bebidas desde los envases fabricados con este compuesto y ser ingerido por el ser humano. Un tema preocupante debido a que causa efectos negativos sobre la salud, ya que el BPA es denominado un disruptor endocrino porque mimetiza la estructura de los estrógenos alterando el sistema endocrino. Donde los principales efectos adversos podrían ser enfermedades cardiovasculares, diabetes, cáncer de próstata, cáncer de mama, daños cerebrales y deterioro de la función inmune entre otras. Estas son las razones principales por las cuales la síntesis de plásticos convencionales requiere de una mejora en cuanto al uso de diferentes bloques de construcción tanto como condiciones de síntesis, logrando ser reemplazada por un proceso que cumpla con los principios de la química verde bajo el marco de la economía circular, como lo es la síntesis de nuevos plásticos (polímeros biodegradables) utilizando CO2 y epóxidos catalizada por complejos metálicos de Co(III) y Cr(III). Esta síntesis presenta cuatro ventajas principales respecto a la síntesis convencional: (1) Uso de CO2 como materia prima en lugar de compuestos tóxicos⁴, (2) aporte a la química verde, utilizando condiciones de reacción estándar y libres de solvente, (3) subproductos con aplicaciones a nivel industrial ⁵, y (4) nuevos tipos de materiales con propiedades ajustables capaces de reemplazar a los materiales convencionales ⁶.

Cronograma

En la Tabla 1 se presenta un cronograma en meses de las actividades que va a desarrollar para la culminación del proyecto. A continuación, en los semestres que se cuente con la financiación se describen las actividades que se realizarían mes a mes para la culminación del proyecto y, por ende, del programa doctoral. Cabe resaltar que los primeros ítems de la tabla llevan ya un gran avance en la investigación.

Referencias

1. Aresta, M.; Dibenedetto, A.; Angelini, A. From CO2 to Chemicals, Materials, and Fuels: The Role of Catalysis . Inorg. Bioinorg. Chem. 2014, 1–18.
2. Aresta, M.; Dibenedetto, A. Utilisation of CO2 as a Chemical Feedstock: Opportunities and J. Chem. Soc. Dalt. Trans. 2007, No. 28, 2975–2992.
3. Cokoja, M.; Bruckmeier, C.; Rieger, B.; Herrmann, W. A.; Kühn, F. E. Transformation of Carbon Dioxide with Homogéneous Transition-Metal Catalysts: A Molecular Solution to a Global Challenge? Angew. Chemie – Int. Ed. 2011, 50 (37), 8510–8537.
4. Leitner, Supercritical Carbon Dioxide as a Green Reaction Medium for Catalysis. Acc. Chem. Res. 2002, 35 (9), 746–756.
5. North, M.; Pasquale, R.; Young, C. Synthesis of Cyclic Carbonates from Epoxides and CO2. Green Chem. 2010, 12 (9), 1514–1539.
6. North, M.; Pasquale, R.; Young, C. Synthesis of Cyclic Carbonates from Epoxides and CO2.Green Chem. 2010, 12 (9), 1514–1539.