Tipos comuns de reação de catalisadores homogêneos de metais preciosos

Introdução

Os catalisadores são substâncias que aceleram as reações químicas sem alterar suas próprias propriedades. Em geral, eles podem ser divididos em dois tipos: catalisadores homogêneos, presentes na mesma fase dos reagentes, e catalisadores heterogêneos, que não estão presentes na mistura da reação.

Metais preciosos, como platina, paládio, ródio e ouro, são comumente usados como catalisadores homogêneos devido à sua alta atividade catalítica, seletividade e estabilidade. Eles também são conhecidos por sua grande estabilidade térmica e inércia química, o que os torna catalisadores excepcionais. Com essas características, os catalisadores homogêneos de metais preciosos encontram uma ampla gama de aplicações, como em produtos farmacêuticos, petroquímicos, químicos e ciências dos materiais.

Neste artigo, falaremos sobre os tipos comuns de reação de catalisadores homogêneos de metais preciosos. Esperamos que você possa compreender melhor esses valiosos catalisadores.

Figura 1. Catalisadores de metais preciosos

Tipos de reação comuns de catalisadores homogêneos de metais preciosos

Os catalisadores homogêneos de metais preciosos são utilizados em uma variedade de reações. Exemplos típicos são hidrogenação, reações de hidroformilação, reações de acoplamento, etc.

--Hidrogenação:

A hidrogenação é uma reação na qual o hidrogênio é adicionado a compostos orgânicos insaturados, normalmente com a ajuda de um catalisador. Os catalisadores homogêneos, como a platina e o paládio, são amplamente usados em reações de hidrogenação para converter alcenos em alcanos e compostos nitro em aminas.

Figura 2. Reações de hidrogenação e desidrogenação catalisadas por metais para armazenamento eficiente de hidrogênio [1]

-Desidrogenação:

A desidrogenação é o oposto da hidrogenação, na qual o hidrogênio é removido de uma molécula. Os catalisadores de metais preciosos, como platina e ródio, são empregados em reações de desidrogenação para produzir alcenos a partir de alcanos e compostos de carbonila a partir de álcoois.

--Oxidação:

Nas reações de oxidação, uma molécula perde elétrons, e os catalisadores homogêneos de metais preciosos são usados para converter álcoois em aldeídos ou cetonas e alcenos em epóxidos. Entre essas reações de oxidação, o processo "Hoechst-Wacker" é o mais famoso, no qual o acetaldeído é sintetizado a partir de eteno e oxigênio usando catalisadores Pd/Cu em soluções aquosas contendo cloreto.

Figura 3. Oxidação e redução básicas [2]

-Redução:

A redução é o oposto da oxidação, na qual uma molécula ganha elétrons. Esses catalisadores homogêneos são geralmente utilizados em reações de redução para converter compostos nitro em aminas e compostos carbonil em álcoois.

--Acoplamento:

As reações de acoplamento envolvem a união de duas ou mais moléculas para formar uma molécula maior. Paládio, platina e outros catalisadores são aplicados a reações de acoplamento para formar ligações carbono-carbono, como na reação de Suzuki e na reação de Heck.

-Carbonilação:

A carbonilação refere-se a reações que formam aldeídos, cetonas etc. usando monóxido de carbono (CO). O processo mais conhecido é a carbonilação do metanol em ácido acético. Ele também é chamado de Processo Monsanto. Todos esses processos não podem ser realizados sem catalisadores de ródio.

Figura 4. Ciclos catalíticos propostos para a reação de carbonilação do metanol catalisada por ródio (processo Monsanto) [3]

--Hidroformilação:

A hidroformilação também é conhecida como oxo-síntese. Esse processo converte alcenos em aldeídos com uma mistura de monóxido de carbono (CO) e hidrogênio (H2). Os catalisadores de ródio substituíram o antigo catalisador de cobalto em tais processos.

--Isomerização:

A isomerização é uma reação na qual uma molécula passa por um rearranjo estrutural. A platina e o ródio são catalisadores homogêneos típicos usados em reações de isomerização para converter alcanos em alcanos ramificados e alcenos em isômeros.

Consulte a tabela abaixo para saber mais sobre a comparação entre diferentes tipos de reação de catalisadores homogêneos de metais preciosos.

Tabela 1. Diferentes tipos de reação de catalisadores homogêneos de metais preciosos

Conclusão

Em resumo, os catalisadores homogêneos de metais preciosos são amplamente usados em várias reações químicas, incluindo hidrogenação, desidrogenação, oxidação, redução, acoplamento, carbonilação, hidroformilação e isomerização. Sua alta atividade catalítica, seletividade e estabilidade os tornam ferramentas inestimáveis para os químicos dos setores farmacêutico, petroquímico e de química fina. Ao compreender os tipos comuns de reação de catalisadores homogêneos de metais preciosos, os cientistas podem desenvolver processos químicos mais eficientes e sustentáveis.

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Referências:

[1] Shimbayashi, Takuya & Fujita, Ken-Ichi. (2020). Reações de hidrogenação e desidrogenação catalisadas por metais para armazenamento eficiente de hidrogênio. Tetrahedron. 76. 130946. 10.1016/j.tet.2020.130946.

[2] Azman, Nur & Ramli, Muhammad & Isa, Siti. (2019). Uma revisão da hibridização de nanotubos de carbono em grafeno para aplicação em sensores de gás. Série de conferências da IOP: Ciência e Engenharia de Materiais. 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 (Revisão da síntese de ácido acético a partir de várias matérias-primas por meio de diferentes processos catalíticos). Catalysis Surveys from Asia (Pesquisas de catálise da Ásia). 20. 10.1007/s10563-016-9215-9.