24.06.2021 - Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU)

Asistencia molecular: La capa de moléculas ayuda a la hidrogenación quimioselectiva en catalizadores sólidos de paladio

Cómo obtener un catalizador de paladio para la hidrogenación selectiva de acroleína

Las reacciones químicas no siempre salen bien. Los subproductos no deseados generan costes adicionales y desperdician recursos. Los catalizadores selectivos pueden ayudar, pero los químicos tienen que probar un gran número de ellos antes de encontrar el adecuado. Los investigadores han estudiado ahora, a nivel atómico, cómo obtener un catalizador de paladio para la hidrogenación selectiva de la acroleína. La clave parece ser una capa densa y convertible de moléculas de ligando, informan los autores en la revista Angewandte Chemie.

La molécula de acroleína tiene dos posiciones en las que puede ser hidrogenada. Al reaccionar con hidrógeno, se forma el alcohol, propenol, o el aldehído, propanal. Los catalizadores de paladio pueden utilizarse para dirigir la reacción hacia el propenol, pero los científicos han observado que esto sólo funciona si la superficie del metal ya ha sido recubierta con el compañero de reacción o un hidrocarburo similar como precursor del ligando. Swetlana Schauermann y su equipo de la Universidad de Kiel (Alemania) han investigado ahora por qué ocurre esto y qué sucede realmente en esta reacción.

Para los experimentos del equipo, primero recubrieron el metal de paladio puro con cianuro de alilo, el ligando precursor de la reacción. Para visualizar este recubrimiento en detalle, los investigadores analizaron la superficie del paladio mediante microscopía de barrido en túnel. Los resultados mostraron un recubrimiento "plano" del cianuro de alilo en el que los tres átomos de carbono del alilo, así como el grupo funcional cianuro, se encuentran planos sobre los átomos de metal. No se observaron protuberancias en la superficie.

Esta capa plana del ligando cambió cuando se expuso el metal a las condiciones de reacción y se hizo pasar una corriente de hidrógeno sobre la superficie del metal. La microscopía de barrido en túnel reveló una capa densa, pero con distancias considerablemente más cortas entre las moléculas. Los investigadores utilizaron el tipo de cambios que se estaban produciendo y los análisis espectroscópicos para averiguar qué estaba ocurriendo exactamente. El hidrógeno había hidrogenado la molécula de cianuro de alilo y la había convertido en un hidrocarburo saturado con un grupo funcional imina.

Sin embargo, la imina ya no estaba plana en la superficie: estaba de pie. Esto ocurrió porque el extremo de la molécula con el residuo de hidrocarburo saturado había perdido el contacto con los átomos de paladio, mientras que la función imina seguía unida al metal. La superficie plana del catalizador se había transformado en un bosque de árboles moleculares erguidos.

Esta nueva capa activó el catalizador, permitiendo un acoplamiento posicional preciso de la acroleína y la activación de la función de oxígeno lista para la hidrogenación. "Sobre esta capa activa, la acroleína forma casi instantáneamente el intermedio de reacción propenoxi deseado, seguido de la evolución del producto objetivo, el propenol", observaron los autores.

La quimioselectividad y la actividad del catalizador de paladio pudieron explicarse en detalle. "Se trata de la primera prueba experimental de la formación de una capa de ligando activo obtenida por microscopía espacial real", afirman los autores. El equipo espera que este nuevo y más profundo conocimiento pueda servir para encontrar otras funcionalizaciones que mejoren la quimioselectividad de los catalizadores metálicos.

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.

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