Catalizador con perfil verde

18.06.2019

Flickr/Thompson Rivers University

El hierro podría ser una alternativa "verde" a los metales preciosos en la industria química.

Con el apoyo del Fondo Austríaco para la Ciencia FWF, la química Zita Csendes ha definido y probado los complejos de hierro como una alternativa sostenible, económica y eficiente a los catalizadores de metales preciosos. El cambio de una solución catalizadora a un recubrimiento de poros reutilizable requirió el dominio de muchos parámetros químicos.

La catálisis significa utilizar un catalizador para ayudar a una reacción química, es decir, iniciar o acelerar la reacción o aumentar la producción del producto final. No es una invención humana, este principio también se observa ampliamente en los procesos naturales en los que las enzimas actúan como catalizadores. Idealmente, el catalizador no se convierte durante la reacción, sino que se recupera. Hoy en día, los catalizadores de metales preciosos (rutinariamente se utilizan en la producción de ingredientes farmacéuticos activos, así como en fragancias y aromas. Mientras realizan sus tareas a la perfección, estos catalizadores son tóxicos, difíciles de obtener y caros. Por lo tanto, los investigadores están trabajando para encontrar soluciones a medio plazo utilizando alternativas más respetuosas con el medio ambiente y más baratas en el espíritu de la "química verde".

Los catalizadores se optimizan en función del tipo de reacción deseado (qué tipo de efecto químico se pretende conseguir), la selectividad química (dónde exactamente en la molécula debe o no actuar), el proceso de producción (proceso discontinuo o producción continua), así como la reutilización del catalizador o la pureza del producto final. En un proyecto Lise-Meitner financiado por el Fondo Científico Austríaco FWF y realizado en la Universidad Politécnica de Viena (TU Wien), Zita Csendes definió, controló y probó complejos de hierro como catalizadores alternativos. La elección del hierro se explica por el hecho de que es el metal más común que se encuentra en la corteza terrestre, y también es barato y no tóxico.

Recubrir en lugar de disolver

Siguiendo con un catalizador altamente selectivo ya desarrollado por un grupo de investigación dirigido por Karl Kirchner, Zita Csendes ha logrado por primera vez utilizar un complejo de hierro como catalizador de fase líquida iónica soportada (SILP) para la hidrogenación de aldehídos. El catalizador se disuelve en una película de un líquido iónico (sal líquida), que se fija al gel de sílice. El catalizador está en equilibrio sensible con todos los reactivos implicados, que se disuelven en un disolvente orgánico y no se mezclan con el líquido iónico. "Hemos convertido el catalizador homogéneo altamente selectivo en un catalizador heterogéneo, combinando así las ventajas de ambos métodos", explica Csendes. Los químicos valoran los catalizadores homogéneos por su reactividad. Pero cuando el catalizador se disuelve en un disolvente - similar a un terrón de azúcar disuelto en un vaso de agua - es difícil recuperarlo para su reutilización.

Con el fin de acercar el catalizador a la producción en un proceso continuo, el equipo de investigación lo ancló a los poros de un gel de sílice como revestimiento. Las propiedades químicas de varios de los reactivos implicados tenían que ser coordinadas y los procesos de conversión optimizados paso a paso para asegurar que sólo se produjeran las reacciones químicas deseadas en los sitios deseados de una molécula. A continuación, el investigador probó las interacciones y la actividad de la catálisis con una reacción de prueba estandarizada y con resonancia magnética nuclear y espectroscopia infrarroja.

Solución iónica como ancla y tampón

Zita Csendes encontró que el gel de sílice destruirá el catalizador del complejo de hierro cuando se ponga en contacto con él. Por lo tanto, experimentó con soluciones iónicas para inhibir los procesos de interferencia y para recubrir el gel de sílice con una capa catalizadora reactiva. "Poco a poco nos acercamos a la combinación ideal donde los poros están húmedos pero no completamente llenos y donde ni el catalizador ni la solución iónica drenan en la solución de reacción", señala al explicar el complejo y finalmente exitoso procedimiento. También identificó la mejor combinación de iones en la solución.

Csendes es el primer investigador capaz de publicar un catalizador de hierro quimioselectivo bien definido para la hidrogenación de aldehídos. Los experimentos también sugirieron que el catalizador podría funcionar bien no sólo en la producción por lotes, sino también en un proceso de producción continuo.

Publicación original:

Brünig, Z. Csendes, S. Weber, N. Gorgas, R. W. Bittner, A. Limbeck, K. Bica, H. Hoffmann, K. Kirchner; "Chemoselective Supported Ionic-Liquid-Phase (SILP) Aldehyde Hydrogenation Catalyzed by an Fe(II) PNP Pincer Complex"; ACS Catalysis; 2018.

Castro-Amoedo, Z. Csendes, J. Brünig, M. Sauer, A. Foelske-Schmitz, N. Yigit, G. Rupprechter, T. Gupta, A. M. Martins, K. Bica, H. Hoffmann, K. Kirchner; "Carbon-based SILP catalysis for the selective hydrogenation of aldehydes using a well-defined Fe(II) PNP complex"; Catalysis Science & Technology; 2018.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF)

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