O gas natural, unha das fontes de enerxía máis abundantes do planeta, está composto principalmente por metano, etano e propano. Máis aló da súa combustión para producir enerxía —que xera emisións de gases de efecto invernadoiro—, existe un enorme interese científico e industrial por transformar estes hidrocarburos directamente en produtos químicos de alto valor. Non obstante, a súa extrema estabilidade e baixa reactividade supuxeron un desafío formidable durante décadas, o que limitou o seu aproveitamento como materia prima sostible para a industria química.
Un equipo liderado polo investigador do Centro Singular de Investigación en Química Biolóxica e Materiais Moleculares (CiQUS) Martín Fañanás desenvolveu un método innovador que permite transformar directamente o metano e outros compoñentes do gas natural en “bloques de construción” versátiles para a síntese de produtos de gran interese comercial, como fármacos. O avance, recentemente publicado na revista Science Advances, representa un paso crucial cara a unha economía química máis circular e menos dependente do petróleo.
Os investigadores do CiQUS conseguiron, por primeira vez, sintetizar un composto bioactivo, o dimestrol (un estróxeno non esteroideo empregado en terapia hormonal), a partir de metano como materia prima. Isto ilustra o potencial da nova metodoloxía para crear moléculas complexas e valiosas a partir dunha materia prima sinxela, abundante e de baixo custo.
Domar os radicais libres para abrir novas vías químicas
A estratexia do equipo céntrase nunha reacción coñecida como alilación, que consiste en acoplar unha pequena "asa" ou estrutura química (un grupo alilo) á molécula de gas. Esta "asa" actúa como un intermediario versátil, un punto de ancoraxe que permite, en pasos posteriores, construír unha ampla gama de produtos finais, desde principios activos farmacéuticos ata produtos químicos de gran consumo. O principal obstáculo para lograr esta reacción con gases era a tendencia do sistema catalítico a xerar subprodutos de cloración non desexados, o que arruinaba o proceso.
Para superar este escollo, o equipo desenvolveu un catalizador ‘á carta’. "A clave do avance reside no deseño dun catalizador supramolecular baseado nun anión tetracloroferrato estabilizado por catións colidinio, que consegue modular a reactividade das especies radicalarias que se xeran no medio de reacción", explica o Prof. Fañanás. "A formación dunha intrincada rede de pontes de hidróxeno arredor do átomo de ferro mantén a reactividade fotoquímica do catalizador, necesaria para activar o alcano, ao tempo que suprime a súa tendencia á reacción competitiva de cloración, conseguindo así un escenario favorable para que se produza a reacción de alilación de forma selectiva".
Ademais da súa eficacia, o método destaca pola súa sostibilidade, xa que emprega ferro, un metal abundante, barato e moito menos tóxico que outros metais preciosos comunmente utilizados en catálise. A reacción realízase, ademais, en condicións suaves de temperatura e presión, empregando luz LED como fonte de enerxía, o que reduce significativamente o seu potencial impacto ambiental e o custo enerxético.
Este traballo enmárcase nunha liña de investigación máis ampla do grupo, financiada polo Consello Europeo de Investigación (ERC), orientada á valorización dos principais compoñentes do gas natural. Recentemente, e nun avance complementario publicado en Cell Reports Physical Science, o mesmo equipo presentou unha metodoloxía para acoplar estes gases directamente con cloruros de ácido, obtendo cetonas de interese industrial nun só paso. Ambos traballos, baseados en estratexias de fotocatálise, consolidan ao CiQUS como unha referencia na busca de solucións químicas innovadoras para o aproveitamento de materias primas abundantes.
A capacidade de transformar o gas natural en intermediarios químicos versátiles abre un abano de posibilidades para a industria, sentando as bases para substituír progresivamente as fontes petroquímicas por outras máis sostibles. Este tipo de investigación de vangarda é posible grazas ao entorno de excelencia do CiQUS, que conta co recoñecemento CIGUS da Xunta de Galicia, o cal acredita a calidade e impacto da súa investigación. O centro recibe un apoio financeiro crucial da Unión Europea a través do Programa Galicia FEDER 2021-2027, o 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. DOI: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. DOI:10.1016/j.xcrp.2025.102912
O traballo, publicado en Science Advances, abre a porta a usar o gas natural como materia prima para fármacos e outros produtos de alto valor. | Ilustración: Eugenio Vázquez Sentís