Los químicos de la Universidad de Bonn y sus colegas estadounidenses de la Universidad de Columbia en Nueva York han descubierto un mecanismo novedoso en la catálisis que permite que lo barato, síntesis ecológica de ciertos alcoholes. La reacción sigue un patrón previamente desconocido en el que el hidrógeno se divide en tres componentes de manera coordinada en el tiempo. Pasaron más de cinco años entre la idea y su realización práctica. Los resultados se publican en Ciencias .

Los alcoholes son compuestos químicos comunes que, además de carbono e hidrógeno, contienen al menos un grupo OH. Sirven como materiales de partida para toda una serie de síntesis químicas y, a menudo, se producen directamente a partir de olefinas mediante la adición de agua. Las olefinas son hidrocarburos con un doble enlace disponible en el petróleo. La molécula de agua sirve como "donante" del grupo OH característico de los alcoholes.

Esta síntesis es simple y eficiente, pero tiene una desventaja decisiva:solo se puede usar para producir ciertos alcoholes, los denominados alcoholes de Markovnikov. El grupo OH no puede simplemente unirse a cualquier posición de la olefina; se excluye una de las dos posiciones. "Ahora hemos encontrado un nuevo método catalítico que puede producir exactamente estos alcoholes 'imposibles', "dice el Prof. Dr. Andreas Gansäuer.

Gansäuer trabaja en el Instituto Kekulé de Química Orgánica y Bioquímica de la Universidad de Bonn. La idea de la nueva síntesis surgió en 2013 en colaboración con el grupo del Prof. Dr. Jack Norton de la Universidad de Columbia en Nueva York. Sin embargo, Pasaron casi cinco años hasta que la síntesis del llamado alcohol anti-Markovnikov utilizando el nuevo sistema catalítico funcionó lo suficientemente bien como para ser publicada.

Aceleración y desaceleración por los ligandos de los catalizadores.

El proceso tiene un mecanismo de reacción inusual. Epóxidos, productos intermedios comunes y valiosos de la industria química, sirven como materiales de partida. Los epóxidos se pueden producir agregando un átomo de oxígeno (símbolo químico:O) a las olefinas. Si se les permite reaccionar con moléculas de hidrógeno (H ₂ ), el oxígeno se convierte en un grupo OH. Normalmente, con este enfoque solo se producen alcoholes de Markovnikov.

"En nuestra reacción, sin embargo, transferimos sucesivamente el hidrógeno en tres partes, "explica Gansäuer." Primero, un electrón cargado negativamente, luego un átomo de hidrógeno neutro y finalmente un ión de hidrógeno cargado positivamente, un protón. Usamos dos catalizadores, uno de los cuales contiene titanio y el otro cromo. Esto nos permite convertir epóxidos en alcoholes anti-Markovnikov ". El tiempo de todo el proceso debe estar estrictamente coordinado, como en los malabarismos, en el que cada bola debe mantener una duración de vuelo determinada. Lograr esto, los químicos tuvieron que sincronizar la velocidad de tres reacciones catalíticas. Para tal fin, adjuntan los ligandos "correctos", moléculas que controlan la reactividad de los metales, a los átomos de titanio y cromo.

Hasta ahora, Los alcoholes anti-Markovnikov se han producido mediante la denominada hidroboración seguida de una oxidación. Sin embargo, esta reacción es relativamente compleja y no particularmente sostenible. El nuevo mecanismo, por otra parte, no produce ningún subproducto y, por tanto, prácticamente no genera residuos. "El titanio y el cromo también son metales muy comunes, a diferencia de muchos otros metales nobles que se utilizan a menudo en catálisis, "Enfatiza Gansäuer.

En 2013, Norton y Gansäuer presentaron su idea a una convocatoria de propuestas sobre catálisis sostenible de la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC), ganando el primer lugar. El proyecto se financió en gran parte con el dinero de la subvención. "Pero la buena cooperación dentro de mi instituto ciertamente también ha contribuido al éxito, "enfatiza Gansäuer". Por ejemplo, Tuve acceso no solo a los recursos del instituto, sino también a los equipos de los otros grupos de Bonn ".