Síntesis de productos químicos mediante tecnología electroquímica
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OTRI – Área de Relaciones con la Empresa
Universidad de Alicante
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ABSTRACT

El Departamento de Química-Física (grupo de Electroquímica Aplicada y Electrocatálisis) de la Universidad de Alicante, tiene gran experiencia y amplio conocimiento para desarrollar y llevar a cabo síntesis de productos orgánicos mediante procedimientos electroquímicos directos o indirectos. La tecnología electroquímica tiene grandes ventajas en la simplificación de algunos métodos clásicos de síntesis química, además de ser respetuosa con el medioambiente. Esta tecnología puede ser interesante para aquellas empresas químicas o farmacéuticas que produzcan intermedios o productos químicos finales y necesiten desarrollar nuevos procesos para mejorar los tradicionales. El Departamento también tiene una planta piloto totalmente equipada con la infraestructura necesaria para desarrollar la fase pre-industrial o el escalado de los procesos.

TECHNICAL DESCRIPTION

La Electroquímica Aplicada es el empleo de los procesos electroquímicos en cualquier tipo de aplicación industrial tal como síntesis de productos farmacéuticos, nanotecnologías, tratamiento de residuos, recuperación de metales pesados, deposiciones metálicas, etc. La tecnología electroquímica es capaz de simplificar enormemente los procesos de síntesis, además de llevar a cabo síntesis que son realmente difíciles de obtener por métodos clásicos. Además de estas ventajas, el Departamento de Química-Física de la Universidad de Alicante se ha dedicado desde hace varios años a la investigación de nuevos procesos electroquímicos y a la transferencia de conocimiento y tecnología a la industria.

De acuerdo con las líneas de investigación y la experiencia, el grupo es capaz de desarrollar procesos de interés para las industrias tales como:

A- Síntesis electroquímicas directas: 

• Reducción de: enlaces disulfuro, grupo nitro a grupo amino, enlace carbono-haluro, grupo carbonilo a carboxilo, enlaces dobles y triples carbono-carbono, etc. (utilidad: se evita así el uso de reductores químicos tales como Zn, Sn, Cr…).

• Oxidación de: alcoholes.

B- Síntesis electroquímicas indirectas: 

· Síntesis indirectas mediante regeneración electroquímica de oxidantes y reductores: yodo/yoduro, Sn(IV)/Sn(II), Cr(VI)/Cr(III), bromo/bromuro, cloro/cloruro y pares de Ti(IV)/Ti(II) (permite reducciones químicas con una pequeña cantidad de reductor, evitando el problema de los residuos salinos).

1. Síntesis de productos orgánicos mediante oxidaciones electroquímicas directas o indirectas:

 

• Electrooxidaciones de olefinas.

• Electrooxidaciones de compuestos aromáticos.

• Electrooxidaciones de haluros aromáticos y alifáticos.

• Electrooxidaciones de alcoholes, glicoles, polialcoholes, tioles y carbohidratos.

• Electrooxidaciones de grupos carbonilos.

• Electrooxidaciones de éteres alifáticos.

• Electrooxidaciones de nitroalcanos.

2. Síntesis de productos orgánicos mediante reducciones electroquímicas directas o indirectas.

 

• Electrorreducciones de grupos carbonilos.

• Electrorreducciones de grupos carboxilos.

• Electrorreducciones de amidas.

• Electrorreducciones de imidas.

• Electrorreducciones de nitrocompuestos.

• Electrorreducciones de compuestos con enlaces disulfuro (S-S).

3. Síntesis electroquímicas de oxidantes inorgánicos como dicromato, Ce (IV), manganato y permanganato, hipoclorito, hipobromito, peryodato, etc. a partir de sus formas reducidas.

4. Síntesis electroquímicas de reductores como Ti (III), Sn (II), Cr (II), Li y Na metal a partir de sus formas oxidadas.

Esta metodología se puede aplicar tanto en sistemas acuosos como no-acuosos.

TECNOLOGÍA ELECTROQUÍMICA

Durante los procesos electroquímicos, los oxidantes y reductores clásicos (p.e. sales de dicromato o permanganato, cinc metálico, hidruros, etc.), se sustituyen por los procesos de transferencia de carga (electrones). Las características de los electrones como reactivos químicos son extraordinarias y muy diferentes a las de otros agentes químicos clásicos. Se pueden usar como oxidantes o reductores y su potencial redox se puede controlar sin que cambie su identidad. No hay que olvidar que este reactivo tiene las siguientes ventajas: 

· No se almacena. 

· Se suministra en función de su demanda. 

·  Tiene un bajo coste (más o menos 0.01 $ por mol de producto sintetizado, dependiendo del proceso). 

· Puede producir especies de alto valor sintético, como cationes, aniones radicalarios, radicales¿ 

· Evita la contaminación que sí provocan otros reactivos.

Cuando se compara un proceso químico convencional y otro electroquímico, se pueden observar las ventajas del segundo en la gestión de los residuos. Resulta más fácil en la metodología electroquímica, incluso desaparece la necesidad de gestionar los reactivos transformados, como sucede con los procesos químicos convencionales.

PLANTA PILOTO

El Departamento de Química-Física (grupo de Electroquímica Aplicada y Electrocatálisis) también tiene una planta piloto totalmente equipada con la infraestructura necesaria para desarrollar la fase pre-industrial y el escalado de los procesos. Tiene una capacidad de hasta 20 Tn/año.

La planta piloto está dotada con varios reactores electroquímicos para producir compuestos químicos a nivel pre-industrial e industrial.

TECHNOLOGY ADVANTAGES AND INNOVATIVE ASPECTS

· La tecnología electroquímica es una nueva forma de producir productos químicos sintéticos.

· Simplifica los métodos clásicos de síntesis química.

· Es menos agresivo para el medioambiente, evitando sub-productos y residuos derivados de los procesos de fabricación.

· Los productos obtenidos necesitan una menor purificación.

· Es más barato que los tradicionales.

CURRENT STATE OF DEVELOPMENT

La tecnología electroquímica ya se ha probado con éxito a nivel laboratorio y escala pre-industrial. El grupo de investigación tiene varios años de experiencia en este campo. Las instalaciones de la planta piloto ya están funcionando y se han llevado a cabo con éxito algunos proyectos para clientes españoles y europeos. Todos los técnicos y responsables de la plantilla tienen la experiencia necesaria para garantizar el éxito de los proyectos.

MARKET APPLICATIONS

La tecnología electroquímica y sus procesos son de interés para cualquier industria química o farmacéutica que produzca intermedios y productos químicos finales, y necesite desarrollar nuevos procesos o mejorar los tradicionales. Algunos productos obtenidos con procesos electroquímicos con interés industrial pueden ser: la producción de N-acetilcisteína a partir de cistina, p-hidroxibenzaldehído a partir de ácido p-hidroximandélico, ácido glioxílico a partir de ácido oxálico, etc.

COLLABORATION SOUGHT

El Departamento de Química-Física de la Universidad de Alicante tiene una gran experiencia y conocimiento, así como las instalaciones necesarias para trabajar en el campo de la Electroquímica. Es posible trabajar junto a departamentos de I+D+i de cualquier compañía para desarrollar nuevos productos y procesos para uso industrial que demande ciertas especificaciones técnicas. El Departamento podría:

· Desarrollar procesos electroquímicos en el laboratorio, o a escala pre-industrial o industrial hasta 20 Tn/año.

· Diseñar y construir una planta piloto industrial electroquímica, incluida su automatización, de acuerdo con las especificaciones técnicas del cliente.

· Llevar a cabo estudios de viabilidad sobre el desarrollo de nuevos productos industriales mediante tecnología electroquímica.

En este sentido, este centro de investigación busca transferir la tecnología y el know-how en el campo de la Electroquímica a empresas mediante la licencia de patentes o acuerdos de know-how.

INTELLECTUAL PROPERTY RIGHTS

· Se han concedido varias patentes relacionadas con procesos electroquímicos para la síntesis de productos químicos (derivados de cisteína).

· Respecto al uso de equipos, desarrollo y escalado de procesos, estudios de viabilidad, etc. toda la información está protegida bajo know-how.

RESEARCH GROUP PROFILE

El Departamento de Química-Física de la Universidad de Alicante fue creado en 1983. Actualmente, cuenta con un catedrático, dos profesores titulares, tres profesores asociados, dos especialistas electroquímicos en planta piloto, un ingeniero electrónico y varios estudiantes pre y post-doctorales.

La investigación llevada a cabo comprende: electrocatálisis y electroquímica aplicada (baterías, electrosíntesis orgánicas e inorgánicas, tratamientos electroquímicos de aguas residuales, preparación y caracterización de nanopartículas, diseño y caracterización de reactores electroquímicos e ingeniería de procesos sonoelectroquímicos).

El propósito de este grupo consiste en desarrollar procedimientos electroquímicos para satisfacer las necesidades de las industrias. De esta manera, la investigación en este campo abarca distintas áreas. El grupo ha trabajado en el desarrollo de baterías redox y han construido un acumulador 2 kW / 20 kWh basado en los pares Fe (III)/Fe (II) y Cr (III)/Cr (II).

Otro ámbito de investigación es la síntesis electroorgánica de compuestos de química fina y de productos farmacéuticos, además de la electroquímica aplicada al medioambiente. Resultado de nuestro trabajo en el ámbito farmacéutico, se han conseguido varias patentes para sintetizar derivados de L-cisteína y citiolona (una de ellas es una patente que se ha extendido a nivel mundial). Para llevar a cabo los procesos electroquímicos a escala industrial, se ha diseñado y construido una planta piloto electroquímica en la Universidad donde, en colaboración con una empresa española, ha sido posible sintetizar 14 toneladas de L-carboximetil-L-cisteína, un producto farmacéutico ampliamente utilizado. También se ha ejecutado un proyecto para recuperar plomo a partir de óxidos de plomo secundarios usados en baterías de plomo (proyecto BRITE-EURAM). En este proyecto el grupo se encargó del estudio y desarrollo del proceso catódico, de la deposición de plomo, del escalado pre-industrial, de la recuperación de NaCl mediante electrodiálisis y de la eliminación de plomo de aguas residuales por medios electroquímicos. El objetivo era demostrar la viabilidad del proceso a escala industrial. Actualmente, se está desarrollando un prototipo pre-industrial para el tratamiento electroquímico de aguas residuales para la industria textil.

Para hacer todo este trabajo, no sólo se ha adquirido un profundo conocimiento en Electroquímica (tanto básica como aplicada), sino también la habilidad para desarrollar diferentes tipos de electrodos (monocristal, DSA, electrodos de difusión de gas, etc.), y de diferentes reactores electroquímicos. Todo ello ha contribuido a ampliar la experiencia en el desarrollo de procesos electroquímicos a escala pre-industrial.

El Departamento de Química Física ha colaborado con distintas empresas nacionales e internacionales. La mayoría de ellas han firmado acuerdos de confidencialidad, pero se puede hacer referencia a Almu S.A., Vita-Invest, Prodesfarma, Intersuero, Salinas Bras de Port, Técnicas Reunidas, Ercros, Iberdrola, Bateig Laboral, Zambon, etc.

MARKET APPLICATION (4)
Contaminación e Impacto Ambiental
Farmacéutica, Cosmética y Oftalmológica
Materiales y Nanotecnología
Tecnología Química

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