catalizador soportado
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1 2.2.4. Catalizadores soportados y no soportados
2.2.4. Catalizadores soportados y no soportados
Catalizadores Soportados y No Soportados.- Estos son pequeñas partículas de un
material activo disperso en una sustancia menos activa llamada soporte. El
material activo suele ser un metal puro o una aleación.
Los catalizadores soportados se distinguen de los no soportados porque sus
ingredientes activos son cantidades importantes de otras sustancias llamadas
promotores.
Ejemplos de soportados: los catalizadores de los mofles o convertidores catalíticos
de automóvil mencionados antes, el catalizador de platino sobre alumina que se
usa para la reformación del petróleo y el pentoxido de vanadio en sílice que se usa
para oxidar el dióxido de azufre en la fabricación de ácido sulfúrico.
Ejemplos de no soportados: la malla de platino para la oxidación de
amoniaco, el hierro promovido para la síntesis de amoniaco y el catalizador
de sílice-alúmina para deshidrogenación que se usa en la producción de
butadieno.
La definición de soporte es muy amplia e incluye a materiales granulares, polvos,
coloides, pellets, esféricos, cables, panales, tierras diatomáceas. El soporte
inorgánico puede ser definido como óxidos refractarios o metales, los cuales
funden por encima de 1000°C (temperatura arbitrariamente elegida). Por su parte,
el soporte orgánico está definido en general como una resina o un plástico que
normalmente tiene propiedades de intercambio de iones y no contiene metales.
Ventajas de utilizar un soporte
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Algunas de las ventajas que presenta un metal al ser inmovilizado en un soporte
son las siguientes (Leadbeater y Marco, 2002):
a) Fácil reciclamiento del catalizador
b) Incremento de la selectividad de la reacción, debido a que al estar soportado
habrá un sitio reactivo y otro impedido por el mismo soporte.
c) Fácil separación del catalizador de los reactivos y los productos.
d) Selectividad, menor obtención de productos no deseados
e) Menor contaminación del producto por el catalizador
f) Adaptabilidad a un proceso continúo
Catalizadores orgánicos soportados
La expresión "catalizador orgánico" ha sido recientemente introducida para definir
un compuesto orgánico (de relativo bajo peso molecular y estructura simple) capaz
de promover una transformación en cantidades estequiometrias. En este contexto
la palabra orgánico significa libre de metal y será usada para diferenciar esta clase
de catalizadores de las especies catalíticas en las que se involucra un metal.
Implícitamente, el término orgánico enfatiza las ventajas de llevar a cabo una
reacción catalítica bajo condiciones libres de metal. Estas ventajas pueden incluir
la posibilidad de (i) trabajar con disolventes y con una atmósfera aerobia; (ii) lidiar
con un catalizador estable y robusto, y (iii) evitar desde el principio el problema de
la porosidad del metal (posiblemente tóxico).
Los catalizadores orgánicos se pueden ver como versiones minimalistas de
enzimas, de las cuales son conceptualmente derivados y contra las que a menudo
son comparados (Breslow, 1982), siempre y cuando en algunos casos éstos
demuestren la selectividad remarcable y peculiar de las enzimas. Los
catalizadores orgánicos son más estables, menos caros y disfrutan de una mayor
gama de aplicación dentro de una variedad de condiciones insostenibles para las
enzimas.
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Los catalizadores orgánicos son más sensibles al anclado en un soporte, que los
basados en metales y que los biocatalizadores, facilitando la recuperación y
reciclaje del catalizador. En lo que concierne a enzimas soportadas (Buckerstaff,
1997; Pedersen y Christensen, 2002), se puede esperar que la conexión a un
soporte debe tener profundo impacto en la compleja estructura de la enzima (y,
por lo tanto, en sus propiedades) comparada con el derivado orgánico más
sencillo. Además, la introducción de varias unidades de un catalizador en un
soporte polivalente (ejemplo, un polímero con varios sitios reactivos) parece ser
más factible en el caso de moléculas pequeñas que en el de un biocatalizador
grande. Por otro lado, se ha demostrado que la inmovilización de un catalizador
basado en un metal soportado (generalmente anclado por un ligante orgánico
seguido de la adición de metal) es afectada por la extensiva porosidad del metal y
requiere de vez en cuando la regeneración del catalizador por reemplazamiento
del metal antes de ser reciclado.
El desarrollo de la catálisis orgánica soportada en un polímero ha sido
ampliamente estudiado desde el análisis de la catálisis misma (Maneche y Storck,
1978), debido a los beneficios de la recuperación y reciclaje de catalizadores que
se han convertido, evidentemente, en los primeros temas de estudio en los
investigadores en este campo. Esta tendencia ha crecido en años recientes, y ha
ocasionado gran interés en los químicos sintéticos que ahora utilizan métodos
basados en catalizadores y reactivos soportados (Chem. Rew., 2002; Twyman et
al., 2002).
Catalizadores de transferencia de fase anclados a soportes insolubles
Catalizadores soportados en poliestireno
Las diferentes aplicaciones de la catálisis de transferencia de fase (Starks et al.,
1994) en síntesis orgánica contribuyen de manera decisiva para establecer a los
catalizadores orgánicos como herramientas útiles.
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Regen (1975) fue el primero en reportar la inmovilización de sales cuaternarias de
amonio en el poliestireno entrecruzado con 2% de divinilbenceno (DVB) y el uso
de las especies como se muestra en el esquema 1 para catalizar el 1-bromo-
octano para una conversión de nonanitrilo (esquema 2). La presencia simultánea
de un catalizador insoluble, un medio acuoso inmiscible y una fase orgánica
permite tener tres fases en el proceso de reacción, a este proceso se le conoce
como "catálisis trifásica" (figura 1).
Estudios cinéticos preliminares (Regen, 1976) demostraron que la actividad
catalítica de los polímeros clorometilados, los cuales contienen de 1-21% de
átomos de cloro en la resina de Merrifield (esquema 3), al ser remplazados por
diferentes sales cuaternarias amonio con diferente estructura, estaba directamente
relacionada con el número de sitios catalíticos. Sin embargo, un incremento en la
carga del catalizador (el número de sitios activos del catalizador
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Por gramo del polímero), arriba de 76%, ocasiona un decremento en la actividad
catalítica. Este comportamiento está explicado en términos de las pocas
propiedades de inchado debido a la alta carga del catalizador en contraste con la
pequeña carga del soporte (lo que prohíbe el fácil acceso de los reactivos en los
sitios activos), además de la reducida capacidad lipofílica del catalizador.
Los catalizadores heterogéneos suelen estar "soportados", que significa que el
catalizador se encuentra disperso en un segundo material que mejora la eficacia o
minimiza su costo. A veces el soporte es más que una superficie sobre la que se
transmite el catalizador para aumentar el área superficial. Más a menudo, el
soporte y el catalizador interactúan, afectando a la reacción catalítica.
Blanco, Jesús., Linarte, Ricardo. Catálisis Fundamentos y aplicaciones industriales.
Editorial Trillas, México 1976. Páginas 29-46.
Brown, Theodore L., Cols. Química, la ciencia central. Editorial PEARSON
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