¿Hacia una química sostenible? El hierro lo hace posible
Hidroformilación de olefinas mediante catálisis de hierro y luz
La hidroformilación de olefinas, también conocida como oxosíntesis, es uno de los procesos industriales más importantes de la química. Desarrollado en 1938 por Otto Roehlen (Ruhrchemie), en la actualidad se producen con este proceso más de 10 millones de toneladas al año de los llamados oxoproductos. Los principales catalizadores utilizados son catalizadores de rodio, con los que las olefinas pueden convertirse muy eficazmente en los productos deseados, aunque a altas temperaturas (150-200 °C) y presiones (150 a 300 bar hidrógeno/monóxido de carbono). El rodio es uno de los metales más raros del planeta: 1 gramo cuesta unos 140 euros. En cambio, el omnipresente hierro sólo cuesta 120 euros por tonelada, lo que lo hace un millón de veces más barato y mucho menos tóxico.
Cloruro de hierro(III) y luz: todo lo que se necesita para la hidroformilación indirecta de olefinas deficientes en electrones con trioxanos.
© Grafik: Design Prof. Dr. Oliver Reiser, unterstützt durch Microsoft Designer
Investigadores de la Universidad de Ratisbona han logrado hidroformilar olefinas pobres en electrones a temperatura ambiente y presión atmosférica combinando la catálisis del hierro y la luz. En lugar del tóxico monóxido de carbono se utiliza el económico 1,3,5-trioxano, un trímero del formaldehído. El proceso desarrollado también podría extenderse a hidroacilaciones e hidrocarboxilaciones relacionadas. "Sin duda, aún queda mucho camino por recorrer antes de que este enfoque pueda competir con los procesos catalizados por rodio", explica el Prof. Dr. Oliver Reiser, del Instituto de Química Orgánica de la UR, "pero la sustitución de metales valiosos como el rodio o el iridio por alternativas fácilmente disponibles es esencial para el desarrollo de procesos que ahorren recursos en el camino hacia una química sostenible."
La fotocatálisis, es decir, el uso de la luz para la síntesis química, es una de las áreas activas de investigación en química orgánica. Para que las moléculas orgánicas sean estimuladas eficazmente por la luz, se utilizan catalizadores mediadores. Los metales preciosos como el rutenio o el iridio -menos comunes que el oro- también se utilizan predominantemente con este fin. Durante mucho tiempo se ha supuesto que metales como el hierro o el cobre, que abundan en la Tierra, son menos adecuados como fotocatalizadores, ya que sus estados excitados iniciados por la luz son de muy corta duración (nanosegundos o incluso picosegundos) y, por tanto, no permiten reacciones con moléculas.
El grupo de investigación del profesor Reiser, apoyado por el Centro de Investigación Colaborativa 325 "Fotocatálisis controlada por ensamblaje", financiado por la Fundación Alemana de Investigación (DFG), pudo utilizar inicialmente cobre y, más recientemente, también hierro para la fotocatálisis. El "truco" consiste en que los sustratos forman primero un complejo con las moléculas catalizadoras, que es dividido por la luz en una reacción ultrarrápida. Los fragmentos reactivos resultantes pueden desencadenar reacciones químicas. La hidroformilación que se ha desarrollado ahora también sigue este principio: la escisión inducida por la luz de un enlace hierro-cloro genera radicales de cloro, que posteriormente activan el trioxano para la hidroformilación de olefinas mediante la escisión de un átomo de hidrógeno.
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 Alemán se puede encontrar aquí.
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