Un equipo de científicos en Tsukuba, Japón ha logrado sintetizar metano a partir de gas metano, inspirándose en las estructuras y mecanismos de reacción de las enzimas naturales que oxidan el metano.
Para entender la importancia de este hallazgo, primero necesitamos entender por qué este proceso es importante. El metano es el hidrocarburo más sencillo y abundante que existe. Sin embargo, a pesar de su abundancia, es increíblemente difícil de oxidar. Esto es un problema ya que el metanol, el producto de la oxidación del metano, es útil para la producción de varios compuestos útiles, como el formaldehído y el dimetil éter. Hasta ahora, no se había encontrado un método para convertir eficiente y selectivamente el metano en metanol en condiciones suaves.
Inspirados en la naturaleza, los investigadores desarrollaron un complejo de hierro mononuclear con un entorno hidrofóbico cerca del centro activo de hierro. Este complejo de hierro actuó como catalizador en la reacción y, utilizando un oxidante barato y seguro, lograron la conversión directa de metano a metanol con alta eficiencia y selectividad.
Este logro es significativo por varias razones. En primer lugar, la reacción se realiza en condiciones suaves, a una temperatura de 50 °C y una presión de ~10 atmósferas en una solución acuosa. En segundo lugar, el número de conversiones catalíticas supera las 500 en 3 horas, y el metanol se puede producir con una alta selectividad del 83%. En otras palabras, de cada 100 moléculas de metano, 83 se convierten en metanol.
La clave para alcanzar esta alta eficiencia y selectividad es el entorno hidrofóbico cerca del centro de hierro, es decir, el sitio activo del catalizador. Este entorno hidrofóbico atrapa el metano (una sustancia hidrofóbica) y libera el metanol generado (una sustancia hidrofílica) en la solución acuosa. Al mismo tiempo, impide la oxidación excesiva del metanol al suprimir su aproximación al centro activo de hierro.
Esta reacción es como un mecanismo de “atrapar y liberar”. Captura metano y libera metanol, manteniendo la eficiencia y evitando reacciones no deseadas. Se espera que este mecanismo pueda aplicarse a la conversión de metano a metanol, así como a la conversión química eficiente de varios compuestos orgánicos hidrofóbicos.
En resumen, estos científicos en Japón han hecho un avance significativo en la química del metano. Han desarrollado un método que puede convertir el metano en metanol de una manera eficiente y selectiva. Esto podría abrir la puerta a nuevas formas de aprovechar este abundante hidrocarburo y convertirlo en productos químicos útiles de manera más eficiente y sostenible.
Referencia: https://doi.org/10.1038/s41586-023-05821-2
