Tipos de reacción habituales de los catalizadores homogéneos de metales preciosos
Introducción
Los metales preciosos como el platino, el paladio, el rodio y el oro se utilizan habitualmente como catalizadores homogéneos debido a su gran actividad catalítica, selectividad y estabilidad. También son conocidos por su gran estabilidad térmica e inercia química, lo que los convierte en catalizadores excepcionales. Con estas características, los catalizadores homogéneos de metales preciosos encuentran una amplia gama de aplicaciones, como la farmacéutica, la petroquímica, la química y la ciencia de los materiales.
En este artículo hablaremos de los tipos de reacción más comunes de los catalizadores homogéneos de metales preciosos. Esperamos que pueda comprender mejor estos valiosos catalizadores.
Figura 1. Catalizadores de metales preciosos Catalizadores de metales preciosos
Tipos comunes de reacción de los catalizadores homogéneos de metales preciosos
Los catalizadores homogéneos de metales preciosos se utilizan en una gran variedad de reacciones. Algunos ejemplos típicos son la hidrogenación, las reacciones de hidroformilación, las reacciones de acoplamiento, etc.
--Hidrogenación:
La hidrogenación es una reacción en la que se añade hidrógeno a compuestos orgánicos insaturados, normalmente con la ayuda de un catalizador. Los catalizadores homogéneos, como el platino y el paladio, se utilizan mucho en las reacciones de hidrogenación para convertir alquenos en alcanos y compuestos nitro en aminas.
Figura 2. Hidrogenación catalizada por metales Reacciones de hidrogenación y deshidrogenación catalizadas por metales para el almacenamiento eficiente de hidrógeno [1]
--Deshidrogenación:
La deshidrogenación es lo contrario de la hidrogenación, en la que se elimina el hidrógeno de una molécula. En las reacciones de deshidrogenación se emplean catalizadores de metales preciosos, como el platino y el rodio, para obtener alquenos a partir de alcanos y compuestos carbonílicos a partir de alcoholes.
--Oxidación:
En las reacciones de oxidación, una molécula pierde electrones, y los catalizadores homogéneos de metales preciosos se utilizan para convertir alcoholes en aldehídos o cetonas, y alquenos en epóxidos. Entre estas reacciones de oxidación, el proceso "Hoechst-Wacker" es el más famoso, en el que se sintetiza acetaldehído a partir de eteno y oxígeno utilizando catalizadores de Pd/Cu en soluciones acuosas que contienen cloruro.
Figura 3. Oxidación y reducción básicas [2]
--Reducción:
La reducción es lo contrario de la oxidación, en la que una molécula gana electrones. Estos catalizadores homogéneos se utilizan generalmente en reacciones de reducción para convertir compuestos nitro en aminas y compuestos carbonilo en alcoholes.
--Acoplamiento:
Las reacciones de acoplamiento implican la unión de dos o más moléculas para formar una molécula mayor. El paladio, el platino y otros catalizadores se utilizan en reacciones de acoplamiento para formar enlaces carbono-carbono, como en la reacción de Suzuki y la reacción de Heck.
--Carbonilación:
Lacarbonilación se refiere a las reacciones que forman aldehídos, cetonas, etc. utilizando monóxido de carbono (CO). El proceso más conocido es la carbonilación del metanol en ácido acético. También se denomina Proceso Monsanto. Todos estos procesos no pueden realizarse sin catalizadores de rodio.
Figura 4. Ciclos catalíticos propuestos de la reacción de carbonilación de metanol catalizada por rodio (proceso Monsanto) [3]
--Hidroformilación:
Lahidroformilación también se conoce como oxo síntesis. Este proceso convierte los alquenos en aldehídos con una mezcla de monóxido de carbono (CO) e hidrógeno (H2). Los catalizadores de rodio sustituyeron al antiguo catalizador de cobalto en este tipo de procesos.
--Isomerización:
La isomerización es una reacción en la que una molécula sufre un reordenamiento estructural. El platino y el rodio son catalizadores homogéneos típicos utilizados en las reacciones de isomerización para convertir alcanos en alcanos ramificados y alquenos en isómeros.
Puede consultar la siguiente tabla para obtener más información sobre la comparación entre los distintos tipos de reacción de los catalizadores homogéneos de metales preciosos.
Tabla 1. Diferentes tipos de reacción de los catalizadores homogéneos de metales preciosos Diferentes tipos de reacción de catalizadores homogéneos de metales preciosos
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Definición |
Ejemplos |
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Hidrogenación |
Adición de hidrógeno; |
Conversión de alquenos en alcanos y de compuestos nitro en aminas; |
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Deshidrogenación |
Eliminación de hidrógeno; |
Conversión de alcanos en alquenos y de alcoholes en compuestos carbonílicos; |
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Oxidación |
Pérdida de elecciones; |
Conversión de alcoholes en aldehídos o cetonas, y de alquenos en epóxidos; |
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Reducción |
Ganando electrones; |
Conversión de compuestos nitro en aminas, y de compuestos carbonílicos en alcoholes; |
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Acoplamiento |
Unión de dos o más moléculas para formar una molécula mayor; |
Reacción de Suzuki y reacción de Heck; |
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Carbonilación |
Formación de aldehídos y cetonas mediante monóxido de carbono (CO); |
El proceso Monsanto; |
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Hidroformilación |
Conversión de alquenos en aldehídos con monóxido de carbono (CO) e hidrógeno (H2); |
Utilización de catalizadores de rodio; |
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Isomerización |
Arreglos estructurales; |
Convertir alcanos en alcanos ramificados, y alquenos en isómeros; |
Conclusión
En una palabra, los catalizadores homogéneos de metales preciosos se utilizan ampliamente en diversas reacciones químicas, como la hidrogenación, la deshidrogenación, la oxidación, la reducción, el acoplamiento, la carbonilación, la hidroformilación y la isomerización. Su elevada actividad catalítica, selectividad y estabilidad los convierten en herramientas inestimables para los químicos de las industrias farmacéutica, petroquímica y de química fina. La comprensión de los tipos de reacción habituales de los catalizadores homogéneos de metales preciosos permite a los científicos desarrollar procesos químicos más eficientes y sostenibles.
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Referencias:
[1] Shimbayashi, Takuya & Fujita, Ken-Ichi. (2020). Metal-catalyzed hydrogenation and dehydrogenation reactions for efficient hydrogen storage. Tetrahedron. 76. 130946. 10.1016/j.tet.2020.130946.
[2] Azman, Nur & Ramli, Muhammad & Isa, Siti. (2019). A Review of hybridization of carbon nanotube into graphene for gas sensor application (Revisión de la hibridación de nanotubos de carbono en grafeno para la aplicación de sensores de gas). IOP Conference Series: Ciencia e Ingeniería de Materiales. 551. 012017. 10.1088/1757-899X/551/1/012017.
[3] Budiman, Anatta & Nam, Ji & Park, Jae & Mukti, Ryan & Chang, Tae & Bae, Jong Wook & Choi, Myoung. (2016). Review of Acetic Acid Synthesis from Various Feedstocks Through Different Catalytic Processes. Encuestas de catálisis de Asia. 20. 10.1007/s10563-016-9215-9.
