El gas natural, una de las fuentes de energía más abundantes del planeta, está compuesto principalmente por metano, etano y propano. Más allá de su combustión para producir energía, que genera emisiones de gases de efecto invernadero, existe un enorme interés científico e industrial por convertir estos hidrocarburos directamente en productos químicos de alto valor. Sin embargo, su extrema estabilidad y baja reactividad han supuesto un desafío formidable durante décadas, lo que ha limitado su aprovechamiento como materia prima sostenible para la industria química.
Un equipo liderado por el investigador del Centro Singular de Investigación en Química Biolóxica e Materiais Moleculares (CiQUS) Martín Fañanás, ha desarrollado un método innovador que permite transformar directamente el metano y otros componentes del gas natural en "bloques de construcción" versátiles para la síntesis de productos de gran interés comercial, como fármacos. El avance, recién publicado en la revista Science Advances, representa un paso crucial hacia una economía química más circular y menos dependiente del petróleo.
Los investigadores del CiQUS consiguieron, por primera vez, sintetizar un compuesto bioactivo, el dimestrol (un estrógeno no esteroideo utilizado en terapia hormonal), partiendo directamente de metano como materia prima. Esto ilustra el potencial de la nueva metodología para crear moléculas complejas y valiosas a partir de una materia prima simple, abundante y de bajo coste.
Domar los radicales libres para abrir nuevas vías químicas
La estrategia del equipo se centra en una reacción conocida como 'alilación', que consiste en acoplar una pequeña 'asa' o estructura química (un grupo alilo) a la molécula de gas. Este 'asa' actúa como un intermediario versátil, un punto de anclaje que permite, en pasos posteriores, construir una amplia gama de productos finales, desde principios activos farmacéuticos hasta productos químicos de gran consumo. El principal obstáculo para lograr esta reacción con gases era la tendencia del sistema catalítico a generar subproductos de cloración no deseados, lo que arruinaba el proceso.
Para superar este escollo, el equipo desarrolló un catalizador 'a la carta'. "La clave del avance reside en el diseño de un catalizador supramolecular basado en un anión tetracloroferrato estabilizado por cationes colidinio, que consigue modular la reactividad de las especies radicalarias que se generan en el medio de reacción", explica el Prof. Fañanás. "La formación de una intrincada red de puentes de hidrógeno en torno al átomo de hierro mantiene la reactividad fotoquímica del catalizador, necesaria para activar el alcano, a la vez que suprime su tendencia a la reacción competitiva de cloración, consiguiendo de esta manera un escenario favorable para que se dé la reacción de alilación de forma selectiva".
Además de su eficacia, el método destaca por su sostenibilidad, ya que emplea hierro, un metal abundante, barato y mucho menos tóxico que otros metales preciosos comúnmente utilizados en catálisis. La reacción se lleva a cabo además en condiciones suaves de temperatura y presión, utilizando luz LED como fuente de energía, lo que reduce significativamente su potencial impacto ambiental y el coste energético.
Este trabajo se enmarca en una línea de investigación más amplia del grupo financiada por el Consejo Europeo de Investigación (ERC) orientada a la valorización de los principales componentes del gas natural. Recientemente, y en un avance complementario publicado en Cell Reports Physical Science, el mismo equipo presentó una metodología para acoplar estos gases directamente con cloruros de ácido, obteniendo cetonas de interés industrial en un solo paso. Ambos trabajos, basados en estrategias de fotocatálisis, consolidan al CiQUS como un referente en la búsqueda de soluciones químicas innovadoras para el aprovechamiento de materias primas abundantes.
La capacidad de transformar el gas natural en intermedios químicos versátiles abre un abanico de posibilidades para la industria, sentando las bases para sustituir progresivamente las fuentes petroquímicas por otras más sostenibles. Este tipo de investigación de vanguardia es posible gracias al entorno de excelencia del CiQUS, que cuenta con el reconocimiento CIGUS de la Xunta de Galicia, el cual acredita la calidad e impacto de su investigación. El centro recibe un apoyo financiero crucial de la Unión Europea a través del Programa Galicia FEDER 2021-2027, lo que permite impulsar avances científicos con potencial de transferencia e impacto socioeconómico.
Referencias
Álvarez-Constantino, A. M., Martínez-Balart, P., Barbeira-Arán, S., Velasco-Rubio, Á., & Fañanás-Mastral, M. (2025). Attenuated LMCT photocatalysis enables C—H allylation of methane and other gaseous alkanes. Science Advances, 11, eaea0783. https://doi.org/10.1126/sciadv.aea0783
Nair, A. M., Barbeira-Arán, S., Malga, J. M., & Fañanás-Mastral, M. (2025). Upscaling of gaseous alkanes into large-volume commodity chemicals via photocatalytic acylation. Cell Reports Physical Science, 6, 102912. https://doi.org/10.1016/j.xcrp.2025.102912
El trabajo, publicado en Science Advances, abre la puerta a usar el gas natural como materia prima para fármacos y otros productos de alto valor. | ilustración: Eugenio Vázquez Sentís