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Síntesis electroquímica

La aplicación de la tecnología electroquímica a los procesos de síntesis orgánica e inorgánica es una poderosa tecnología capaz, no sólo de realizar síntesis no alcanzables o muy difíciles de realizar por métodos clásicos, sino también de simplificarlos. Los métodos electroquímicos son mucho menos agresivos para el medio ambiente y los productos obtenidos necesitan menor purificación, como puede observarse en la siguiente figura que muestra un esquema comparativo entre un proceso químico convencional y uno electroquímico.

 

Se observa en la figura que en el proceso electroquímico la gestión de los residuos es más sencilla, desapareciendo incluso la necesidad de gestionar el reactivo transformado, como ocurre en los procesos químicos convencionales.

Las características del electrón como reactivo, son extraordinarias y muy diferentes de las de otros agentes químicos. Se trata de un reactivo que puede ser utilizado como oxidante y reductor y cuyo poder redox puede ser controlado sin cambiar la identidad del reactivo. Además de comportarse como las especies redox clásicas, puede dar lugar a especies de gran interés sintético, cationes y aniones radicales, radicales, etc.

La síntesis electroquímica posee numerosas ventajas entre las que podemos citar:

  1. Es una metodología muy versátil capaz de aplicarse a una gran variedad de procesos de oxidación y reducción.
  2. El reactivo utilizado es la electricidad, de bajo coste y disponibilidad inmediata, no genera residuos y evita problemas derivados de almacenamiento y stock.
  3. Es fácilmente escalable y automatizable.
  4. El tratamiento puede ser interrumpido y continuado a voluntad por el simple corte de la corriente eléctrica suministrada a los electrodos.
  5. No es inventariable
  6. Se dispone de él en el justo grado que se le demanda

LISTADO DE PRODUCTO SINTETIZADOS ELECTROQUIMICAMENTE UTILIZANDO UN REACTOR FILTRO PRENSA EN EL LABORATORIO DE ELECTROQUIMICA APLICADA DE LA UNIVERSIDAD DE ALICANTE

 

PRODUCTO INICIAL

PRODUCTO FINAL

ESCALA

 

HOMOCISTINA

HOMOCISTEINA TIOLACTONA

PLANTA PILOTO

PATENTADO

ACETILHOMOCISTINA

CITIOLONA

PLANTA PILOTO

PATENTADO

R-Ph-N2+

R-Ph-Nh-nh3

PLANTA PILOTO

PATENTADO

CISTINA

CARBOXIMETILCISTEÍNA

PLANTA PILOTO

PATENTADO

CISTINA

N-ACETILCISTEÍNA

PLANTA PILOTO

PATENTADO

R-NH3Cl

(R-NH3)2SO4

PLANTA PILOTO

PATENTADO

ácido oxálico

ácido glioxílico

PLANTA PILOTO

 

R-NH3Cl

R-NH3A   A: anión orgánico

LABORATORIO

PATENTADO

CISTINA

ÁCIDO CISTEÍCO

LABORATORIO

 

CISTINA

CISTEÍNA CLORHIDRATO

LABORATORIO

 

CISTINA

N,S-diacetilcisteína

LABORATORIO

PATENTADO

PIRIDINA

BIPIRIDINA

LABORATORIO

 

1-METILPIRIDINA

ÁCIDO PICOLINICO

LABORATORIO

 

1-METILPIRIDINA

BIS-1-METILPIRIDINA

LABORATORIO

 

2-METILPIRIDINA

ÁCIDO NICOTINICO

LABORATORIO

 

2-METILPIRIDINA

BIS-2-METILPIRIDINA

LABORATORIO

 

3-METILPIRIDINA

ÁCIDO ISONICOTINICO

LABORATORIO

 

3-METILPIRIDINA

BIS-3-METILPIRIDINA

LABORATORIO

 

ÁCIDO SALICÍLICO

ALDEHIDO SALICÍLICO

LABORATORIO

 

P-HIDROXITOLUENO

P-HIDROXIBENZALDEHIDO

LABORATORIO

 

P-HIDROXIMANDÉLICO

P-HIDROXIBENZALDEHIDO

LABORATORIO

PATENTADO

P-HIDROXIMANDÉLICO

P-HIDROXIFENILACÉTICO

LABORATORIO

 

ÁCIDO BENZOICO

BENZALDEHIDO

LABORATORIO

 

2-metilnaftaleno

2-metil-1,4-naftoquinona

LABORATORIO

 

fenilglicina

dihidrofenilglicina

LABORATORIO

 

CHALCONAS

DIHIDROCHALCONAS

LABORATORIO

 

LISINA CLORHIDRATO

LISINA

LABORATORIO

 

2-mETIL-5-ETIL-PIRIDINA

Ácido 6-METILNICOTÍNICO

LABORATORIO

 

LACTATO SÓDICO

ÁCIDO LÁCTICO

LABORATORIO

 

histidina

histidinol

LABORATORIO

PATENTADO

P-HIDROXIFENILGLICINA SULFATO

P-HIDROXIFENILGLICINA

LABORATORIO

 

acido 1-isoquinolinico

4-isoquinolinol

laboratorio

PATENTADO

acido 2-quinolinico

3,4-dihidro-2-quinolona

laboratorio

PATENTADO

acido 4-quinolinico

3-hidroxi-quinolina

laboratorio

PATENTADO

 

Recientemente hemos adaptado la estructura de una pila de combustible de electrolito sólido polimérico (PEMFC, Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell) como reactor electroquímico de electrolito sólido polimérico (PEMER, Polymer Electrolyte Membrane Electrochemical Reactor).

Este diseño presenta una serie de ventajas como: 1) La utilización de membranas de intercambio iónico protónicas o aniónicas como electrolito sólido polimérico con la consiguiente disminución o eliminación total del electrolito soporte de uso generalizado en las electrosíntesis orgánicas, 2) la utilización de sistemas nanoestructurados como electrocatalizadores, 3) un espesor de 300 μm del electrodo completo: cátodo, ánodo y electrolito (en este caso, sólido polimérico), finalmente, 4) la posibilidad de utilización cualquier tipo de reactivos: sólidos, líquidos y gaseosos en este tipo de reactor.

Con este diseño se han realizado tanto electrosíntesis orgánicas cuya reacción de interés es la reducción (proceso catódico) como de oxidación (proceso anódico). Como ejemplos de reacciones de reducción se tiene:

a) hidrogenación electrocatalítica de acetofenona a 1 feniletanol.

b) Ruptura del enlace disulfuro con la síntesis de NAC (N-acetil cisteína) partiendo de NNDAC (N,N-diacetil cistina)

En las reacciones de reducción tenemos que el electrolito sólido polimérico es una membrana de intercambio protónico como la Nafion 117 de estos ejemplos. También hay que mencionar que la oxidación de hidrógeno se utiliza como reacción en el proceso de oxidación por lo que se plantea la reutilización de este reactivo ya que es la formación de hidrógeno la reacción parásita en el proceso catódico.

Como ejemplo de reacción anódica se ha realizado la oxidación del alcohol propargílico en medio básico a ácido propiólico:

En este caso, el electrolito sólido polimérico es una membrana de intercambio aniónico como la Fumatech FAA de este ejemplo. Mencionar que como proceso catódico tenemos la reducción del aire, reactivo totalmente asequible.

 

LEQA - Grupo de Electroquímica Aplicada y Electrocatálisis


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