Carbonilación

Carbonilación es un proceso o reacción química en la que una molécula de monóxido de carbono, por sí sola o junto a otro reactivo, se inserta o adiciona sobre una molécula de un sustrato orgánico. Algunos productos químicos de uso frecuente se preparan por carbonilación porque el monóxido de carbono es económico y su reactividad es muy selectiva, empleando los catalizadores adecuados. Por carbonilación se obtienen los carbonilos , compuestos orgánicos que contienen el grupo funcional C=O.^[1] Algunas carbonilaciones son de gran interés: la hidroformilación y la reacción de Reppe.

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Hidroformilación

Consiste en la adición simultánea de monóxido de carbono e hidrógeno a compuestos orgánicos insaturados, como los alquenos y alquinos, obteniéndose aldehídos como productos de la reacción:

RCH=CH₂ + H₂ + CO → RCH₂CH₂CHO

La reacción supone más del 75% de las carbonilaciones y requiere el empleo de catalizadores metálicos que activan la formación de un carbonilo metálico.

Reacción de Reppe

Llamada así en honor de Walter Reppe, esta reacción adiciona monóxido de carbono y un donante de hidrógeno ácido al sustrato orgánico. Su principal aplicación es el proceso Monsanto del ácido acético, que produce ácido acético a partir de metanol: CH₃OH + CO → CH₃-COOH Otros sustratos como acetileno, propeno o dinitrotolueno originan productos de gran interés económico. HC≡CH + CO + H₂O → H₂C-CH₂-COOH

En la hidrocarboxilación se usan alquenos y alquinos como sustrato. Este método se usa para obtener industrialmente ácido propiónico a partir de etileno: H₂C=CH₂ + H₂O + CO → CH₃CH₂COOH

Estas reacciones metales de transición como el rodio y otros se usan como catalizadores pues se enlazan al CO y lo activan. En la síntesis industrial de Ibuprofeno, se parte de alcohol benzílico que se convierte en el correspondiente ácido carboxílico en una reacción catalizada por paladio:^[1]

ArCH(CH₃)OH + CO → ArCH(CH₃)COOH

En la hidroesterificación se sustituye el agua por un alcohol: H₂C=CH₂ + R-OH + CO → CH₃CH₂COOR

Otras reacciones

En la reacción de Koch (como en las de Koch-Haaf), el CO se adiciona a compuestos insaturados en presencia de ácidos fuertes como el ácido sulfúrico. Este método se emplea menos que los procesos catalizados por metales. La síntesis industrial de ácido glicólico transcurre de esta forma:^[2]

CH₂O + CO + H₂O → HOCH₂COOH

La conversión de isobuteno en ácido piválico es otro ejemplo ilustrativo:

(CH₃)₂C=CH₂ + H₂O + CO → (CH₃)₃CCOOH

Además de los ligandos ya citados (hidrógeno, agua, alcoholes), la carbonilación de alquenos y alquinos puede hacerse a partir de aminas secundarias, ácidos carboxílicos, ácido clorhídrico y mercaptanos.^[3]

Otra reacción de interés es la carbonilación en presencia de un agente oxidante. Así podemos obtener dimetilcarbonato y dimetiloxalato a partir de monóxido de carbono:^[1]

2 CH₃OH + 1/2 O₂ + CO → (CH₃O)₂CO + H₂O

Referencias

1. ↑ ^{a b c} W. Bertleff, M. Roeper, X. Sava, “Carbonylation” in Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH: Weinheim, 2003. DOI: 10.1002/14356007.a05 217.
2. ↑ Karlheinz Miltenberger, "Hydroxycarboxylic Acids, Aliphatic" in Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH: Weinheim, 2003.
3. ↑ Pilar Terreros, "Reacciones catalíticas de carbonilación" en Curso: Procesos analíticos homogéneos y heerogéneos de relevancia industrial", Puertollano, 2003. Disponible en http://www.uclm.es/profesorado/afantinolo/curso de catalisis/Pilar Terreros.ppt

Modificado a partir de la versión inglesa (http://en.wikipedia.org/wiki/Carbonylation)