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,

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Page 1: catalizador soportado

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

Page 2: catalizador soportado

2 2.2.4. Catalizadores soportados y no soportados

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.

Page 3: catalizador soportado

3 2.2.4. Catalizadores soportados y no soportados

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.

Page 4: catalizador soportado

4 2.2.4. Catalizadores soportados y no soportados

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

Page 5: catalizador soportado

5 2.2.4. Catalizadores soportados y no soportados

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

EDUCACION, México 2009. Páginas 605-606.