Inmovilización de complejos organometálicos en soportes sólidos para aplicación en catálisis

Resumen

Introducción: Los catalizadores homogéneos se caracterizan por tener una elevada actividad y selectividad, lo que ha llevado a su implementación industrial en diversas reacciones. Sin embargo, presentan algunas desventajas: baja estabilidad de algunos de ellos que obliga a utilizar condiciones de síntesis y de reacción poco deseadas en la industria (atmósfera inerte y seca, vacío o presión y elevada pureza de la corriente de reactivos); y su difícil y costosa recuperación del medio de reacción. En los últimos años, la catálisis heterogénea, ha sido capaz de adaptarse y competir con la catálisis homogénea en el área de la química fina donde generalmente partía en desventaja puesto que, por lo general, los catalizadores heterogéneos son menos selectivos. En los últimos años, el diseño de catalizadores heterogéneos ha permitido reducir estos inconvenientes y se han obtenido innumerables éxitos en el campo de la química fina, con catalizadores tan activos y selectivos como muchos homogéneos. La principal ventaja de un catalizador heterogéneo frente a uno homogéneo es, sin duda, la posibilidad de recuperar el catalizador tras la reacción para poder volver a utilizarlo. Como desventajas principales, son catalizadores que necesitan condiciones de reacción más severas y que, en general, son menos selectivos que los homogéneos. Motivación de la tesis: Parece obvio que una combinación de las propiedades de los catalizadores homogéneos (elevadas selectividades y especificidades) y las de los catalizadores heterogéneos (fácil recuperación y reutilización del catalizador) tendría una gran aceptación en la industria de la química fina. La combinación de estas propiedades podría conseguirse mediante la inmovilización de un catalizador homogéneo en un soporte sólido dando lugar a lo que se denomina catalizador híbrido. Esta pretensión ha sido ampliamente estudiada a nivel de laboratorio por numerosos grupos científicos en todo el mundo pero hasta el momento no se ha encontrado un sistema híbrido ideal cuyas ventajas superen las desventajas que aún son muchas y muy importantes. A pesar de estas desventajas o, tal vez, con intención de solucionar estos problemas, la bibliografía muestra que se ha trabajado y se está trabajando ampliamente en este tema. El objetivo de este trabajo es la preparación de catalizadores híbridos activos, selectivos y estables para las reacciones de hidrogenación de ciclohexeno e hidroformilación de 1-octeno. Desarrollo teórico: Durante el desarrollo de este trabajo se estudiaron tres métodos de inmovilización de complejos organometálicos de Rh y Pd en soportes sólidos: adsorción física, formación de un enlace covalente entre el soporte y el complejo y un proceso de inmovilización de ligando por intercambio iónico. El trabajo se desarrolló en las siguientes etapas: preparación y acondicionamiento de soportes sólidos (caracterización de soportes sólidos), preparación de catalizadores de Pd con ligandos amina inmovilizados en nanotubos de carbono, preparación de catalizadores de Rh con ligandos fosfina inmovilizados en carbones activados, preparación de catalizadores de Rh con ligandos amina y fosfina inmovilizados en aluminosilicatos.¿Se estudió el comportamiento de los catalizadores preparados en dos reacciones modelo: hidrogenación de ciclohexeno e hidroformilación de 1-octeno, prestando especial atención a los resultados de reutilización de los catalizadores. Conclusión: Se ha conseguido preparar catalizadores híbridos mediante inmovilización de complejos organometálicos en soportes sólidos mediante distintos métodos de inmovilización. En algunos casos, los resultados de los catalizadores preparados no han sido totalmente satisfactorios desde el punto de vista de la estabilidad, lo que ha propiciado un estudio en profundidad que ha permitido comprender los fenómenos negativos que tienen lugar en el catalizador, proporcionado una valiosa información para diseñar nuevos catalizadores en los que se han superado algunos de los problemas encontrados, consiguiéndose finalmente obtener catalizadores con buenas propiedades de actividad, selectividad y estabilidad en las reacciones estudiadas.