Controlar el pH local, la acidez en la capa de líquido pegada al electrodo, eleva del 16 % al 97 % la proporción de producto deseado en una reacción de electrosíntesis orgánica. Lo ha demostrado un equipo de la Universidad Nacional de Seúl, que fabrica lactonas y epóxidos solo con oxígeno y electricidad, sin peróxidos. Se publica en JACS.
En breve
- Qué es: una forma de oxidar moléculas orgánicas usando oxígeno del aire activado con electricidad, en lugar de peróxidos peligrosos.
- El hallazgo: aunque la disolución sea casi neutra, junto al cátodo el pH sube hasta 11 y junto al ánodo baja a 2,5. Esa diferencia decide si la reacción funciona.
- La solución: acercar los electrodos de 20 a 4 milímetros y hacer circular el líquido entre ellos. La selectividad pasa del 16 % al 97 %.
- Cautela: es un resultado de laboratorio. Faltan optimización y pruebas a mayor escala antes de su uso industrial.
¿Qué problema resuelve la electrosíntesis con oxígeno?
Evita los peróxidos, reactivos inestables y a veces explosivos, que la industria usa para introducir átomos de oxígeno en moléculas orgánicas.
La oxidación de Baeyer-Villiger, descrita en 1899 por Adolf von Baeyer y Victor Villiger, es una de esas reacciones con nombre propio que todo químico orgánico conoce, como la reacción de Perkin. Inserta un átomo de oxígeno junto a un grupo carbonilo y convierte una cetona en un éster o, si la cetona es cíclica, en una lactona, un éster en forma de anillo.
Su inconveniente es el reactivo. Para aportar ese átomo de oxígeno se emplean peroxiácidos y otros peróxidos, compuestos inestables, a veces explosivos, que hay que fabricar, transportar y almacenar con cuidado y que dejan residuos ácidos. La industria lleva décadas buscando una alternativa más limpia.
La electrosíntesis ofrece una: usar oxígeno gaseoso y activarlo con electricidad dentro del propio reactor. El problema es que, hasta ahora, el rendimiento era errático y poco competitivo. El equipo del profesor Jaeyune Ryu, del Departamento de Ingeniería Química y Biológica de la Universidad Nacional de Seúl, cree haber encontrado el motivo.
¿Qué es el pH local?
El pH local es la acidez real en la fina capa de líquido que toca un electrodo, que puede ser muy distinta de la del resto de la disolución.
Cuando un químico prepara una disolución, mide su pH y lo da por bueno para todo el recipiente. Pero en una celda electroquímica eso deja de ser cierto en cuanto pasa corriente. En el cátodo se consumen protones y el líquido cercano se vuelve alcalino; en el ánodo se generan y se vuelve ácido. A eso se le llama pH local: la acidez real en la fina capa de líquido que toca cada electrodo.
Los investigadores midieron esa diferencia y resultó enorme. Con una disolución de partida casi neutra, la zona del cátodo alcanzaba un pH de alrededor de 11 y la del ánodo bajaba hasta cerca de 2,5. Como la escala de pH es logarítmica, eso supone una diferencia de concentración de protones de cientos de millones de veces entre dos puntos separados por unos milímetros.
En esas condiciones, las especies reactivas de oxígeno que deben atacar a la cetona se forman o se destruyen según dónde se encuentren, y la reacción deseada compite con otras que no interesan. El resultado, sin corregir, era que solo en torno al 16 % de lo producido era la molécula buscada.
¿Cómo se ha pasado del 16 % al 97 %?
Acercando los electrodos de 20 a 4 milímetros y haciendo circular el líquido entre ellos. La solución no fue un catalizador nuevo, sino rediseñar el reactor. Si la zona ácida del ánodo y la alcalina del cátodo se acercan lo suficiente y el líquido fluye entre ambas, las dos se compensan y el pH que «ven» las moléculas queda bajo control.
| Cambio en el reactor | Efecto medido |
|---|---|
| Control del pH local | La selectividad hacia el producto deseado pasa de alrededor del 16 % al 97 % |
| Separación entre electrodos: de 20 mm a 4 mm | La velocidad de producción se multiplica por 2,2 |
| Caudal: del más bajo al más alto ensayado | La producción por unidad de tiempo se multiplica por 14 |
| Sin flujo de líquido | Apenas se forma producto, con el mismo voltaje y la misma disolución |
El mecanismo aprovecha los dos electrodos. En el cátodo, la reducción del oxígeno genera especies reactivas; el peróxido de hidrógeno que se forma allí como subproducto viaja con el flujo hasta el ánodo, donde vuelve a convertirse en especies reactivas útiles. Un experimento con isótopos confirmó que el átomo de oxígeno que acaba en el producto procede del gas O2 y no del agua. Todo ocurre a temperatura ambiente y presión atmosférica.
«Este estudio convierte el pH local cercano al electrodo, hasta ahora una variable oculta, en un principio de diseño controlable», afirma Ryu en la nota difundida por su universidad. A su juicio, para mejorar la electrosíntesis hay que diseñar «no solo los sustratos y los catalizadores, sino también el entorno en el que las moléculas reaccionan de verdad».
¿Qué se puede fabricar con este método?
El equipo aplicó el método a dos familias de compuestos de gran interés industrial:
- Lactonas, obtenidas a partir de 18 cetonas distintas. Entre ellas, la ε-caprolactona, con un rendimiento del 82 %. Es la materia prima de la policaprolactona, un plástico biodegradable que se usa en suturas reabsorbibles y sistemas de liberación de fármacos, y un precursor de poliuretanos.
- Epóxidos, a partir de seis alquenos. Son la base de adhesivos, recubrimientos y resinas epoxi para electrónica, además de intermedios habituales en la síntesis de fármacos.
Es, en cierto modo, la continuación de una vieja aspiración de la química industrial: desde que los tintes sintéticos dieron origen a la industria farmacéutica, buena parte del progreso ha consistido en fabricar las mismas moléculas con reactivos más seguros y menos residuos.
Por qué puede afectar a casi toda la electrosíntesis
El dato que da más alcance al trabajo no sale del laboratorio, sino de la bibliografía. Los autores revisaron más de 600 artículos sobre electrosíntesis orgánica publicados desde 2010 y comprobaron que en torno al 89 % describía reacciones en las que, en al menos uno de los electrodos, se transfieren a la vez electrones y protones.
Dicho de otro modo: en casi nueve de cada diez casos, el pH local está cambiando durante la reacción, se haya medido o no. Eso sugiere que parte de los resultados irregulares o difíciles de reproducir que arrastra este campo podrían deberse a una variable que casi nadie controlaba. La electrificación de la química, alimentada con electricidad renovable, es una de las vías para reducir las emisiones del sector, y otros procesos electroquímicos recientes, como los materiales termoeléctricos que el CSIC fabrica por electrodeposición, apuntan en la misma dirección.
Lo que falta para llegar a la industria
Los propios autores advierten de que el método no está listo para un uso industrial generalizado. Los ensayos se han hecho a escala de laboratorio y quedan por resolver la optimización del proceso, la durabilidad de los electrodos y el comportamiento en reactores mucho mayores, donde mantener una separación de 4 milímetros y un flujo uniforme es bastante más difícil.
Tampoco se ha publicado todavía una comparación de costes y de consumo eléctrico frente a la ruta convencional con peróxidos. Lo que sí aporta el estudio es una regla de diseño concreta y fácil de comprobar por otros grupos: antes de cambiar de catalizador, conviene mirar qué pH hay realmente junto al electrodo.
Preguntas frecuentes
¿Qué es el pH local en una reacción electroquímica?
Es la acidez o alcalinidad en la fina capa de líquido que está en contacto con un electrodo. Puede ser muy distinta de la del resto de la disolución: en este estudio, cerca de 11 junto al cátodo y de 2,5 junto al ánodo, con una disolución casi neutra.
¿Qué significa pasar del 16 % al 97 %?
Que, de todo lo que produce la reacción, la fracción que corresponde a la molécula deseada sube de alrededor del 16 % al 97 % al controlar el pH local. Es una medida de selectividad.
¿Qué es la oxidación de Baeyer-Villiger?
Una reacción descrita en 1899 que inserta un átomo de oxígeno junto a un grupo carbonilo y transforma cetonas en ésteres o lactonas. Tradicionalmente requiere peroxiácidos como oxidantes.
¿Para qué sirven las lactonas y los epóxidos?
Las lactonas son precursoras de plásticos biodegradables como la policaprolactona y de poliuretanos. Los epóxidos se usan en adhesivos, recubrimientos, resinas epoxi para electrónica e intermedios farmacéuticos.
¿Se usa ya en la industria?
No. Es un resultado de laboratorio. Los autores indican que hacen falta más optimización y ensayos a mayor escala antes de una aplicación industrial.
Fuentes y verificación
Publicado: 13 de octubre de 2026 · Hecho: estudio de laboratorio (química sintética y electroquímica), publicado en Journal of the American Chemical Society y difundido por la Universidad Nacional de Seúl en octubre de 2026.
Fuentes: Min, Lee et al., «Local pH Control Promotes Oxygen-Atom Transfer Electrosynthesis», Journal of the American Chemical Society 148(37), 40243 (DOI: 10.1021/jacs.6c12994) · Universidad Nacional de Seúl, vía ScienceDaily (12 de octubre de 2026). Las declaraciones de Jaeyune Ryu son traducción de Perkin a partir de la nota de la universidad. Financiación: Universidad Nacional de Seúl, Fundación Nacional de Investigación de Corea e Institute for Basic Science.