Estudio computacional de interacciones no-covalentes. Puentes de hidrógeno en heteroagregados etanol-agua y carbonato de dietilo-agua

Los problemas ambientales y energéticos que se plantean en el mundo de hoy cada vez llaman más la atención de muchos investigadores. Por ejemplo, el efecto invernadero generalmente se relaciona con las emisiones de CO2 generadas por la combustión de combustibles fósiles, los cuales son recursos energéticos no renovables. Por lo tanto, es pertinente seguir obteniendo más y diverso conocimiento sobre combustibles renovables alternativos y sobre las vías adecuadas tanto para la disminución de los niveles actuales de consumo de combustibles fósiles como para la disminución de la emisión asociada a compuestos orgánicos volátiles. Varios estudios han demostrado que la reducción de las emisiones no deseadas producidas por los motores de combustión, tales como hollín, hidrocarburos no quemados y CO, se puede lograr mediante el uso de biocombustibles y aditivos oxigenados. En muchos países, incluyendo a Colombia, el uso de biocombustibles es obligatorio como es el caso del gasohol (E10: mezcla de gasolina con 10% de bioetanol) El etanol usado para esta mezcla debe ser anhidro para evitar problemas en los dispositivos de combustión. Sin embargo, la formación del azeótropo etanol-agua hace que la purificación del etanol por los métodos convencionales de separación (destilación extractiva y azeotrópica) sea energéticamente muy demandante. En cuanto al caso de aditivos oxigenados, definidos como compuestos orgánicos que tienen uno o más átomos de oxígeno en su estructura molecular y que se adicionan en cantidades menores al 5% m/m, algunos carbonatos lineales como el carbonato de dimetilo (DMC) y el carbonato de dietilo (DEC) pueden ser utilizados para tal fin debido al elevado porcentaje de oxígeno en sus estructuras químicas y también a su alta miscibilidad con los combustibles fósiles. Centrándonos entonces en el carbonato de dietilo (DEC), éste es un compuesto orgánico que puede ser sintetizado a partir de CO2 (o CO) y etanol (o bioetanol) implementando procesos ambientalmente amigables y un catalizador apropiado. Esta reacción es reversible en fase gaseosa (en la que se lleva a cabo la reacción) por lo que el rendimiento puede ser mejorado mediante la eliminación de agua de los productos de reacción. No obstante, la eliminación de agua durante el proceso de producción y purificación de DEC se complica por la presencia del azeótropo DEC-agua: 70 %m/m en DEC a 91 °C, (Proporción molecular DEC:H2O: 1:3) y del azeótropo de etanol-agua: 96 %m/m en etanol a 78,3 °C, (Proporción molecular CH3CH2OH:H2O: 9:1). Es entonces evidente la relación entre estos dos sistemas y la necesidad para ambos casos: etanol y carbonato de dietilo, de desarrollar métodos de purificación más eficientes, menos costosos y que sean aplicables a nivel industrial. La comprensión de las características estructurales de heteroagregados (etanol)n-H2O y DEC-(H2O)n y el análisis de la naturaleza de las fuerzas intermoleculares responsables de su estabilidad podrían constituir una base para proponer posibles estrategias de extracción de agua que utilicen, por ejemplo, membranas selectivas en el sistema de reacción durante la producción de DEC y/o durante la fermentación de azúcares para producir bioetanol.