Un nuevo catalizador para romper el fuerte vínculo molecular entre el carbono y el hidrógeno promete una forma más limpia, fácil y económica de obtener productos del petróleo, dice un investigador de la Southern Methodist University, Dallas.
"Algunos de los componentes básicos más útiles que tenemos en el mundo son los hidrocarburos simples y abundantes como el metano, que extraemos del suelo. Pueden usarse como materiales de partida para productos químicos complejos como plásticos y productos farmacéuticos", dijo IsaacGarcía-Bosch, Harold A. Jeskey, profesor asistente del Presidente del Departamento de Química de SMU. "Pero el primer paso del proceso es muy, muy difícil: romper ese enlace carbono-hidrógeno. Cuanto más fuerte es el enlace, más difícil eses oxidar "
La industria química debe romper el enlace tenaz entre las moléculas de carbono e hidrógeno para sintetizar productos oxidativos como el metanol y los fenoles. Se llama oxidante porque hace que la molécula experimente una reacción en la que se combina con oxígeno, rompiendo enlaces CH y formando nuevosenlaces carbono-oxígeno.
La receta química convencional requiere oxidantes ineficientes y costosos para romper el enlace CH. Ese proceso es costoso, difícil y deja productos de desecho sucios.
Los químicos en SMU, en colaboración con la Universidad Johns Hopkins, han encontrado una forma más barata y limpia de romper el terco vínculo CH.
García-Bosch y el químico Maxime A. Siegler, director de la Instalación de Cristalografía de Rayos X en la Universidad Johns Hopkins, usaron catalizadores de cobre que en combinación con el peróxido de hidrógeno fuente de oxígeno pueden convertir los enlaces CH en enlaces CO.
"Este es un descubrimiento muy importante porque es la primera vez que se ha demostrado que el cobre puede llevar a cabo este tipo de oxidación fuera de la naturaleza de una manera eficiente", dijo García-Bosch. "La preparación es muy simple, por lo que los laboratorios en cualquier lugarpuede hacerlo. El cobre es relativamente barato en comparación con otros metales como el paladio, oro o plata, y el peróxido de hidrógeno está fácilmente disponible, es relativamente barato y muy limpio. Uno de los subproductos de las oxidaciones con peróxido de hidrógeno H2O2 es el agua H2O, que es el producto de desecho más limpio que podrías tener "
Además, los investigadores encontraron el ligando correcto, un material a base de nitrógeno que se une al cobre para que el proceso de oxidación pueda ocurrir con una eficiencia casi perfecta.
Es importante tener el ligando correcto, la cantidad correcta de peróxido de hidrógeno y el metal correcto para oxidar estos desafiantes enlaces CH.
"Encontramos esa combinación", dijo García-Bosch.
La química es como un rompecabezas, donde construyes nuevas moléculas a partir de otras moléculas, dijo.
En cualquier molécula hay muchos enlaces CH. Por ejemplo, en octanos, como los que se encuentran en la gasolina, hay una cadena de carbono de ocho carbonos con múltiples enlaces CH con diferentes propiedades químicas, dijo García-Bosch, y de la oxidaciónde cada uno de los enlaces CH, se obtiene un producto diferente.
Los químicos diseñan catalizadores que son capaces de romper y formar enlaces para construir estructuras químicas complejas.
"Los catalizadores tienen que poder seleccionar entre diferentes enlaces CH y formar nuevos enlaces carbono-oxígeno, carbono-nitrógeno o carbono-fluoruro, por ejemplo", dijo García-Bosch. "Los procesos biológicos usan metales para hacer esto todo el tiempo", por ejemplo, en nuestros cuerpos cuando nuestro hígado procesa un producto farmacéutico que ingerimos usando hierro. Los minerales como hierro, cobre, manganeso, calcio y potasio son críticos para el proceso catalítico natural. Por ejemplo, los árboles usan manganeso fotosíntesis para transformar el aguaen el oxígeno que respiramos "
García-Bosch y Siegler informaron sus hallazgos en el artículo "Oxidación catalizada por cobre de alcanos con H 2 O 2 bajo un régimen similar a Fenton ", publicado en la edición internacional de la revista Angewandte Chemie .
Primera vez para usar cobre para oxidación de CH
En química orgánica, no hay muchos ejemplos de cobre como catalizador para la oxidación de carbono-hidrógeno. La mayoría de los ejemplos se basan en el hierro.
"Esta es la primera vez en nuestro campo que usamos cobre para hacer esta oxidación de CH de una manera muy eficiente", dijo García-Bosch.
"El cobre es de naturaleza muy versátil", dijo. "Con pequeños cambios en el entorno del cobre, se puede hacer una química muy diversa. Por eso lo elegimos".
Ese ambiente es el ligando, que le da propiedades al cobre para provocar la reacción química cuando los ingredientes químicos se combinan en un vial o matraz de fondo redondo.
Los investigadores descubrieron que estos catalizadores - cobre en forma de una sal blanca y el ligando como un aceite - pueden oxidar los enlaces CH de una manera muy eficiente en combinación con peróxido de hidrógeno, una forma reducida de oxígeno que la naturaleza usa.
"Puede encontrar peróxido de hidrógeno en cualquier lugar, incluso en casa, en su botiquín. Por lo tanto, es un oxidante suave", dijo García-Bosch. "También es conveniente, porque es un líquido, en lugar de, por ejemplo, un gas, que podríarequiere un almacenamiento especial. Mezclas todo en un solvente y reacciona. Es como hacer una sopa, una receta, luego analizas el resultado para ver qué obtienes ".
Utilizando un instrumento de cromatografía de gases, García-Bosch y Siegler analizaron la solución final para observar los resultados de la reacción. Eso les permitió cuantificar la cantidad de producto de oxidación que se formó durante la reacción.
Siguiente paso: apuntar a un enlace CH específico
"Probamos este sistema catalítico para diferentes sustratos y vimos que no es muy selectivo", dijo García-Bosch. "Eso es un problema. Entonces, si tenemos moléculas que tienen muchos enlaces CH diferentes, entonces oxidará todosde manera no selectiva. En nuestro laboratorio, nos gustaría encontrar catalizadores selectivos. Ese es el próximo proyecto ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad Metodista del Sur . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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