Tipi di reazione comuni dei catalizzatori omogenei di metalli preziosi

Introduzione

I catalizzatori sono sostanze che accelerano le reazioni chimiche senza modificare le proprie proprietà. Possono essere generalmente suddivisi in due tipi: catalizzatori omogenei, presenti nella stessa fase con i reagenti, e catalizzatori eterogenei, che non sono presenti nella miscela di reazione.

I metalli preziosi come il platino, il palladio, il rodio e l'oro sono comunemente utilizzati come catalizzatori omogenei grazie alla loro elevata attività catalitica, selettività e stabilità. Sono noti anche per la loro grande stabilità termica e inerzia chimica, che li rende catalizzatori eccezionali. Grazie a queste caratteristiche, i catalizzatori omogenei di metalli preziosi trovano un'ampia gamma di applicazioni, come nel settore farmaceutico, petrolchimico, chimico e delle scienze dei materiali.

In questo articolo parleremo dei tipi di reazione comuni dei catalizzatori omogenei di metalli preziosi. Ci auguriamo che possiate comprendere meglio questi preziosi catalizzatori.

Figura 1. Catalizzatori di metalli preziosi

Tipi di reazione comuni dei catalizzatori omogenei di metalli preziosi

I catalizzatori omogenei di metalli preziosi sono utilizzati in una varietà di reazioni. Esempi tipici sono l'idrogenazione, le reazioni di idroformilazione, le reazioni di accoppiamento, ecc.

--Idrogenazione:

L'idrogenazione è una reazione in cui l'idrogeno viene aggiunto a composti organici insaturi, in genere con l'aiuto di un catalizzatore. I catalizzatori omogenei come il platino e il palladio sono ampiamente utilizzati nelle reazioni di idrogenazione per convertire gli alcheni in alcani e i composti nitro in ammine.

Figura 2. Reazioni di idrogenazione e deidrogenazione catalizzate da metalli per un efficiente stoccaggio dell'idrogeno [1].

--Deidrogenazione:

La deidrogenazione è l'opposto dell'idrogenazione, in cui l'idrogeno viene rimosso da una molecola. I catalizzatori di metalli preziosi come il platino e il rodio sono impiegati nelle reazioni di deidrogenazione per ottenere alcheni dagli alcani e composti carbonilici dagli alcoli.

--Ossidazione:

Nelle reazioni di ossidazione, una molecola perde elettroni e i catalizzatori omogenei di metalli preziosi sono utilizzati per convertire gli alcoli in aldeidi o chetoni e gli alcheni in epossidi. Tra queste reazioni di ossidazione, il processo "Hoechst-Wacker" è il più famoso, in cui l'acetaldeide viene sintetizzata dall'etene e dall'ossigeno utilizzando catalizzatori Pd/Cu in soluzioni acquose contenenti cloruri.

Figura 3. Ossidazione e riduzione di base [2]

--Riduzione:

La riduzione è l'opposto dell'ossidazione, in cui una molecola guadagna elettroni. Questi catalizzatori omogenei sono generalmente utilizzati nelle reazioni di riduzione per convertire i composti nitro in ammina e i composti carbonilici in alcoli.

--Accoppiamento:

Le reazioni di accoppiamento prevedono l'unione di due o più molecole per formare una molecola più grande. Il palladio, il platino e altri catalizzatori sono utilizzati nelle reazioni di accoppiamento per formare legami carbonio-carbonio, come nella reazione di Suzuki e nella reazione di Heck.

--Carbonilazione:

La lacarbonilazione si riferisce alle reazioni che formano aldeidi, chetoni, ecc. utilizzando il monossido di carbonio (CO). Il processo più noto è la carbonilazione del metanolo ad acido acetico. È anche chiamato processo Monsanto. Tutti questi processi non possono essere realizzati senza catalizzatori di rodio.

Figura 4. Cicli catalitici proposti per la reazione di carbonilazione del metanolo catalizzata dal rodio (processo Monsanto) [3].

--Idroformilazione:

L'idroformilazione è nota anche come ossosintesi. Questo processo converte gli alcheni in aldeidi con una miscela di monossido di carbonio (CO) e idrogeno (H2). I catalizzatori di rodio hanno preso il posto del precedente catalizzatore di cobalto in questi processi.

--Isomerizzazione:

L'isomerizzazione è una reazione in cui una molecola subisce un riarrangiamento strutturale. Il platino e il rodio sono i tipici catalizzatori omogenei utilizzati nelle reazioni di isomerizzazione per convertire gli alcani in alcani ramificati e gli alcheni in isomeri.

Per saperne di più sul confronto tra i diversi tipi di reazione dei catalizzatori omogenei di metalli preziosi, è possibile consultare la tabella seguente.

Tabella 1. Differenti tipi di reazione dei catalizzatori omogenei di metalli preziosi

Conclusione

I catalizzatori omogenei di metalli preziosi sono ampiamente utilizzati in varie reazioni chimiche, tra cui idrogenazione, deidrogenazione, ossidazione, riduzione, accoppiamento, carbonilazione, idroformilazione e isomerizzazione. La loro elevata attività catalitica, selettività e stabilità li rende strumenti preziosi per i chimici dell'industria farmaceutica, petrolchimica e della chimica fine. Comprendendo i tipi di reazione comuni dei catalizzatori omogenei di metalli preziosi, gli scienziati possono sviluppare processi chimici più efficienti e sostenibili.

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Riferimenti:

[1] Shimbayashi, Takuya & Fujita, Ken-Ichi. (2020). Reazioni di idrogenazione e deidrogenazione catalizzate da metalli per un efficiente stoccaggio dell'idrogeno. Tetrahedron. 76. 130946. 10.1016/j.tet.2020.130946.

[2] Azman, Nur & Ramli, Muhammad & Isa, Siti. (2019). Revisione dell'ibridazione di nanotubi di carbonio con il grafene per l'applicazione di sensori di gas. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 551. 012017. 10.1088/1757-899X/551/1/012017.

[3] Budiman, Anatta & Nam, Ji & Park, Jae & Mukti, Ryan & Chang, Tae & Bae, Jong Wook & Choi, Myoung. (2016). Review of Acetic Acid Synthesis from Various Feedstocks Through Different Catalytic Processes. Indagini sulla catalisi in Asia. 20. 10.1007/s10563-016-9215-9.