Un nuevo método permite obtener acetona de manera más sencilla, segura y barata

Este disolvente, considerado un insumo esencial en la industria química, se elabora generalmente mediante un proceso complejo y peligroso. En el marco de una colaboración científica entre investigadores brasileños y alemanes, se arribó a una estrategia más sostenible

Por Julia Moióli  |  Agência FAPESP – La acetona, un insumo esencial en la industria química, se utiliza en la fabricación de una gran variedad de productos, tales como adhesivos, antibióticos, componentes electrónicos, solventes y removedores, tintas de impresión y vitaminas, entre otros. Su proceso de producción, sin embargo, es complejo y peligroso. Para simplificarlo, volverlo más seguro y disminuir costos, un grupo de investigadores de Brasil y de Alemania desarrolló un método inédito mediante el cual se emplea únicamente luz y un compuesto químico barato: el cloruro de hierro (FeCl₃).

Los resultados de la referida investigación, financiada por la FAPESP, salieron publicados en el periódico científico ACS Catalysis.

El proceso estándar de fabricación de la acetona, conocido como proceso de Hock o cumeno, comprende diversas etapas: primeramente, el propano –un subproducto del petróleo– es transformado en propileno, un gas extremadamente inflamable que reacciona con el benceno y luego con el oxígeno a altas temperaturas y presiones para dar origen a la acetona. Esas reacciones también generan un compuesto denominado fenol, cuya demanda es menor y genera costos para su transformación en sustancias de mayor valor.

El método alternativo, propuesto por científicos vinculados a las universidades Federal de São Carlos (UFSCar) y Federal de Minas Gerais (UFMG), en Brasil, como así también al Max Planck Institute of Colloids and Interfaces, de Alemania, se basa en la oxidación del propano utilizando cloruro de hierro como catalizador homogéneo en presencia de luz (una reacción fotocatalítica).

“Descubrimos que al irradiárselo con determinadas longitudes de onda, el cloruro de hierro genera radicales de cloro, que son sumamente oxidantes y efectúan la activación de la unión CH, es decir, rompen la unión entre el carbono y el hidrógeno dando origen a un radical que, en presencia de oxígeno, lleva a la formación de acetona”, explica Ivo Freitas Teixeira, docente del Departamento de Química de la UFSCar y coordinador del estudio. “Concretamos una reacción muy importante de manera absolutamente distinta y utilizando elementos muy sencillos.”

La comprobación de que la reacción se concretó efectivamente con radicales de cloro generados mediante la fotólisis de la unión Fe-Cl se realizó por medio de estudios mecanísticos, lo que incluyó los análisis de espectrometría de masa (que permiten identificar los componentes de una mezcla con base en el peso molecular de cada elemento).

Entre las ventajas de este nuevo proceso se encuentra el hecho de que es directo (no hay producción de propileno en las etapas intermedias) y más seguro, pues no comprende reacciones de oxígeno a altas presiones ni temperaturas, ni intermediarios inflamables y peligrosos. Asimismo, reduce el gasto de energía y el costo, pues posee menos etapas y transcurre a una temperatura ambiente de 25 °C.

Pese que en los experimentos se utilizó una fuente de luz tipo led, la idea es que en el futuro pueda reemplazársela por luz solar, con lo cual el método se volverá aún más sostenible.

Depósito de patente y los próximos pasos

Con la patente ya depositada en el Instituto Nacional de la Propiedad Industrial (INPI) de Brasil, la idea ahora es salir en busca de asociaciones con empresas para financiar el incremento de escala del nuevo proceso a nivel comercial.

“Este método puede volverse absolutamente disruptivo para la producción de acetona en la industria química, al volver al proceso más seguro y sostenible y hacer factible una ruta para la producción únicamente de acetona, lo que disminuiría costos y aportaría competitividad”, dice Freitas Teixeira.

De acuerdo con el investigador, el principal reto en este caso reside en el hecho de que en la industria petroquímica los procesos transcurren a gran escala, y actualmente no existe ningún método comercial fotocatalítico.

El proyecto de investigación también sigue avanzando en dos direcciones: al tiempo que prueban el nuevo método con otras sustancias como el metano, los investigadores ahora están pensando también en modos de escalar el proceso y adaptarlo a la industria para arribar a una producción y un aprovechamiento mayores.

Puede leerse el artículo intitulado Direct Synthesis of Acetone by Aerobic Propane Oxidation Promoted by Photoactive Iron(III) Chloride under Mild Conditions en el siguiente enlace: pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acscatal.3c02092.