Enzimas en lugar de cianuro altamente tóxico

Investigadores desarrollan un proceso biocatalítico para la producción de nitrilo

20.06.2024
IMBT - TU Graz

Una cascada quimioenzimática sin cianuro para la síntesis de nitrilos.

Un equipo de investigación de la Universidad Técnica de Graz y la Academia Checa de Ciencias ha utilizado dos enzimas para eliminar la necesidad de cianuro, altamente tóxico, en la producción de nitrilos.

Si el limpiador doméstico desprende un olor parecido al del limón, puede deberse a un nitrilo llamado nitrilo citronellyl. Estos versátiles grupos químicos de nitrilos también se utilizan en la fabricación de ingredientes farmacéuticos activos, superglue y guantes resistentes a los productos químicos. El proceso de producción más utilizado hasta ahora requería una reacción química de ciertas moléculas con cianuro, altamente tóxico. Margit Winkler, del Instituto de Biotecnología Molecular de la Universidad Técnica de Graz, junto con Ludmila Martínková, del Instituto de Microbiología de la Academia Checa de Ciencias, ha desarrollado ahora un proceso biocatalítico que no requiere cianuro, funciona a temperatura ambiente y, por tanto, requiere menos energía y produce menos residuos nocivos. El proyecto ha sido financiado por el Fondo Científico Austriaco FWF y la Fundación Científica Checa (GACR).

Dos pasos guiados por enzimas

Para sustituir el cianuro, el grupo de investigación utiliza enzimas y combina tres reacciones individuales en cascada. Los materiales de partida son ácidos carboxílicos, como los ácidos grasos de aceites vegetales o la lignina, un subproducto de la transformación de la madera. En el primer paso, el ácido carboxílico se convierte en un aldehído mediante la adición de azúcar, oxígeno y la enzima carboxilato reductasa contenida en las células bacterianas vivas. Sin embargo, este aldehído es muy reactivo y, por tanto, inestable y, en muchos casos, también volátil. Para capturar esta sustancia, se deja reaccionar el aldehído con hidroxilamina, que lo convierte en oxima, que es estable.

La oxima es una forma "aguada" del nitrilo, por lo que en el último paso se utiliza la enzima aldoxima deshidratasa. Esta enzima también está confinada en las células bacterianas y es responsable de la extracción de agua de la oxima. Una vez hecho esto, la cascada ha logrado su objetivo y se ha producido el nitrilo deseado.

Este método puede utilizarse ahora para la preparación de pequeñas cantidades de nitrilo. Se trata ya de una tecnología prometedora para fragancias muy potentes, por ejemplo, de las que sólo se necesita una pequeña cantidad para conseguir un efecto. Para poder utilizar el proceso biocatalítico a un coste razonable, aún es necesario optimizar la producción de grandes cantidades de nitrilo. Actualmente se utilizan soluciones muy diluidas en el primer paso del proceso y se necesitaría un gran reactor para producir grandes cantidades, lo que aún no es económico. Por ello, Margit Winkler ya está investigando cómo hacer más eficiente el primer paso. En cambio, la deshidratación de la oxima por sí sola es extremadamente eficaz y ya ha alcanzado la madurez técnica para su producción en la actualidad.

Un proceso de base biológica

"Me interesa la química del cianuro desde que escribí mi tesis de máster y, como sabemos por las novelas de Agatha Christie, el cianuro es muy tóxico", dice Margit Winkler. "Por eso era importante para nosotros encontrar una forma de evitar esta sustancia peligrosa en la producción. Los ácidos grasos que utilizamos proceden de aceites vegetales. Así que realmente tenemos un método de producción de base biológica. Ahora nos gustaría mejorarlo aún más para que pueda utilizarse ampliamente".

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