Química Verde. Parte 2: reactivos catalizadores

El rol de los catalizadores en la Química Verde tiene que ver fundamentalmente con la economía de átomos y el hecho de evitar el uso de sustancias auxiliares, disolventes, grupos protectores y otros, que después sean difíciles de reciclar y sean peligrosos para la salud y/o el medio ambiente.

La síntesis química y los catalizadores no han tenido una evolución conjunta en el tiempo, más bien han sido historias paralelas desarrolladas por los químicos orgánicos la primera, y los químico físicos los segundos. Por esta razón no ha sido hasta el siglo pasado que se ha extendido el uso de estos compuestos tan útiles en muchos procesos químicos. En la década de 1930 la industria petroquímica comenzó su auge y fue entonces que empezó a extenderse el uso de los catalizadores. Hoy en día es común el uso de estos compuestos a nivel industrial y en los laboratorios de ingeniería química donde se desarrollan los procesos que luego se llevan a cabo en la industria.

Los investigadores que trabajan en laboratorios de Síntesis Química, en la obtención de nuevas moléculas para ser usadas como fármacos, biocidas o cualquier otra aplicación, históricamente han estado más comprometidos con el factor tiempo y menos con la seguridad y la economía de las reacciones. No obstante hace ya algunos años que los químicos sintéticos están preocupados por diseñar síntesis más seguras para la salud y el medio ambiente, siguiendo los principios de la economía de átomos y de generar pocos desechos. Para lograr estos objetivos los catalizadores juegan un papel fundamental, por lo que han sido incorporados en muchos tipos de reacciones con resultados sorprendentes, generando beneficios económicos y medioambientales.

Podemos decir que actualmente son muchos los laboratorios de investigación que se rigen por los principios de la Química Verde a la hora de realizar sus estudios, por lo que es importante contar con compañías como Wako que sintetizan y comercializan una amplia variedad de catalizadores. En este artículo describiremos algunos de ellos que pueden ser clasificados en varios grupos:

Catalizadores metálicos

En este grupo podemos mencionar metales tales como el cobalto, el níquel, el platino, el zirconio, el rodio, el paladio, el rutenio y otros metales que son usados en reacciones de obtención de productos orgánicos e inorgánicos directamente como catalizadores o sirven como punto de partida para la síntesis de complejos que luego pueden tener función catalítica.

Catalizadores inmovilizados

Catalizadores de Paladio para la reducción quimioselectiva

Desde hace muchos años el catalizador de paladio sobre carbono es uno de los más utilizados en la reducción de alquenos y otros procesos muy comunes. La desventaja que tiene el Pd/C es que, al ser tan buen reductor, usándolo como catalizador no se puede lograr regioselectividad o quimioselectividad en la mayoría de las reacciones. Para cubrir esta necesidad Wako ha desarrollado catalizadores de Paladio inmovilizados con los que se puede lograr quimioselectividad en una gran variedad de reacciones, estos son: con etilendiamina [Pd/C (en)] que tiene como ventaja que no es combustible y estable bajo las condiciones normales de almacenamiento, con fibroina [Pd/Fib] ideal para reducciones de alquenos con hidrógeno en moléculas con otros grupos susceptibles a la reducción y con polietilenimina [Pd/PEI] que es capaz de catalizar el paso de alquino a alqueno de manera selectiva. Estos catalizadores son activos frente a diferentes grupos funcionales, por lo que dependiendo de la reacción que se quiera llevar a cabo se puede seleccionar uno de ellos.

Catalizadores soportados en hidroxiapatita (HAP)

Uno de los catalizadores que comercializa Wako con estas características es el Rutenio(III)-hidroxiapatita [RuHAP], que no es más que el cloruro de rutenio (II) soportado en hidroxiapatita, compuesto natural que se encuentra en los huesos y los dientes. Utilizando el RuHAP como catalizador de reacciones de oxidación con oxígeno, se logran excelentes resultados, a presión atmosférica. Este catalizador puede ser usado para la oxidación de alcoholes primarios y secundarios en aldehídos y cetonas respectivamente, logrando buenos rendimientos incluso si se usa el aire como oxidante en lugar del oxígeno. Otros compuestos que pueden ser oxidados con el uso del RuHAP son los que contienen grupos aminos primarios, nitrilos y silanos en su estructura, para dar lugar a nitrilos, amidas y silanoles. El RuHAP cumple con los principios de la Química Verde al poder ser recuperado del medio de reacción y reutilizado.

ARTÍCULO DESTACADO: Química verde. Parte 1: Reactivos usados en los laboratorios de investigación

Catalizadores quirales de transferencia de fase

Catalizadores de Maruoka

A los catalizadores quirales de transferencia de fase que están formados por una sal de espiro amonio ópticamente activa con dos anillos de binaftilo se les denomina catalizadores de Maruoka porque fueron obtenidos por primera vez por Maruoka y colaboradores en la Universidad de Kyoto. En este caso los catalizadores quirales que ofrece Wako son adecuados para catalizar por ejemplo la alquilación asimétrica enantioselectiva de derivados de amino ácidos.

Catalizador de Kawabata para la acilación

El octil éster del ácido 2',5'-[4-(N-Pirrolidinil)piridina]bis[(2-acetilamido)-3-(1H-indol-3-il)]propiónico, se denomina catalizador para acilación de Kawabata por ser el apellido del responsable de la investigación que condujo a su obtención y caracterización. Este catalizador permite llevar a cabo la acilación selectiva del grupo hidroxilo ubicado en la posición 4 de los derivados de un azúcar. Utilizar este catalizador conlleva varias ventajas ya que no hay que efectuar los pasos de protección y desprotección de grupos funcionales necesarios con la catálisis enzimática que es el procedimiento más común para la acetilación de azúcares. Otra ventaja es que no se obtienen productos diacilados, difíciles de separar al final de la reacción.

Otros catalizadores disponibles en el catálogo exclusivo de Wako son los sólidos super ácidos, como el Nafion®, o biocatalizadores, o nanocajas de paladio, entre otros catalizadores que pueden utilizarse en reacciones en medio acuoso y que sirven para intentar desarrollar procesos cada vez más sustentables.

Bibliografía:

1) H. Sajiki, T. Ikawa, H. Yamada, K. Tsubouchi, K. Hirota, Tetrahedron Lett., 44, 171, 2003.

2) K. Yamaguchi, K. Mori, T. Mizugaki, K. Ebitani, K. Kaneda, J. Am. Chem. Soc., 122, 7144, 2000.

3) T. Ooi, M. Taniguchi, M. Kameda, K. Maruoka, Angew. Chem. Int. Ed., 41, 4542, 2002.

4) Kawabata, T., Muramatsu, W., Nishio, T., Shibata, T. and Schedel, H., J. Am. Chem. Soc., 129, 12890, 2007.

ALGUNOS REACTIVOS PARA LABORATORIO DE QUÍMICA

Narirutina con HPLC [14259-46-2]	Biotina Phos-tag™	Equipo de reactivos SLP