Un equip de l'Institut de Tecnologia Química (ITQ), centre mixt del Consell Superior d'Investigacions Científiques (CSIC) i la Universitat Politècnica de València (UPV), juntament amb el departament de Química Orgànica de la Facultat de Farmàcia de la Universitat de València (UV), ha desenvolupat un nou catalitzador, una substància que accelera una reacció química sense ser consumida en el procés, que permet obtenir lactames, compostos essencials per a les indústries farmacèutica i de polímers. I ho fa a més d'una manera sostenible, a partir de compostos orgànics molt accessibles i generant només aigua com a subproducte de la reacció. L'avenç es publica a la revista Nature Communications.

Les lactames són grups funcionals presents a l'estructura de molècules orgàniques molt rellevants. De fet, les lactames són amides, substàncies que constitueixen part essencial de les proteïnes, i sense elles la vida no seria possible. A més, les lactames són molt importants per a la indústria farmacèutica: la penicil·lina és una lactama i entre els deu fàrmacs més venuts l'any 2022, tres eren lactames.

"En aquest treball hem estat capaços de desenvolupar el primer sistema catalític d'amplia aplicabilitat per obtenir de manera pràctica, sostenible i selectiva lactames a partir de compostos orgànics molt accessibles i hidrogen, on el substrat de partida, en aquest cas una imida cíclica, pateix un procés d'hidrogenació generant aigua com a únic subproducte de la reacció", explica Jose Ramón Cabrero Antonino, científic titular del CSIC a l'ITQ i autor de correspondència del treball.

El sistema catalític funciona gràcies al fet que un dels metalls presents al material, la plata, és capaç de transformar químicament l'altre metall, el reni, en presència d'hidrogen. Quan això passa, tots dos metalls cooperen per traslladar hidrogen en forma de gas a l'estructura del compost de partida (el compost orgànic imida cíclica) i transformar-lo en una lactama, el producte buscat. En aquest procés, part de l'hidrogen s'incorpora a la molècula i l'altra part genera aigua mitjançant la seva combinació amb l'àtom d'oxigen procedent del producte de partida.

L'equip de recerca ha estudiat detalladament no només l'estructura del catalitzador heterogeni desenvolupat, sinó també el seu procés d'activació i el mecanisme pel qual transcorre la transformació catalítica. Aquest tipus d'aproximació racional a la catàlisi heterogènia aplicada a química orgànica suposa un avenç destacable en aquest camp.

A més de l'ITQ (UPV-CSIC) i de la UV, han estat essencials les col·laboracions amb el Institut de Microscopia Electrònica i Materials de la Universidad de Cádiz (IMEYMAT) i del Sincrotró ALBA per dur a terme la caracterització en profunditat del catalitzador idoni, així com el procés d'activació.

En concret, a la línia de llum CLAESS del Sincrotró ALBA es van realitzar estudis de espectroscòpia d'absorció de raigs X, en què es va comprovar les diferències electròniques i estructurals locals entre els nanocatalitzadors bimetàl·lics, així com la seva reorganització dinàmica després de la reducció.

Per la seva banda, el treball realitzat pels investigadors del IMEYMAT, emprant tècniques de microscòpia electrònica d'escombrada-transmissió, ha proporcionat una visió detallada dels materials investigats a escala atòmica. Aquests treballs s'han realitzat emprant l'equipament d'última generació de la Divisió de Microscopia Electrònica dels Serveis Centrals de Recerca Científica i Tecnològica de la Universitat de Cadis (DME-UCA), un dels nodes de la Instal·lació Científic Tècnica Singular (ICTS) de Microscopia Electrònica de Materials (ELECMI).

La investigació ha estat finançada per la Generalitat Valenciana, el Ministeri de Ciència, Innovació i Universitats, la fundació "la Caixa" i el Programa d'Excel·lència Severo Ochoa de l'ITQ (UPV-CSIC).