Un químico de la Universidad de la RUDN ha desarrollado un método ecológicamente seguro para obtener cinamaldehído, un compuesto con actividad antibacteriana y anticancerosa. El científico utilizó catalizadores basados ​​en nanopartículas de hierro y paladio para evitar la formación de subproductos nocivos para el medio ambiente. Este enfoque ecológico se puede extender a otros compuestos orgánicos de la clase de aldehídos que son importantes para la medicina. agricultura, y la industria alimentaria. El artículo se publica en la revista Catálisis molecular .

Los métodos tradicionales de oxidación de alcoholes a aldehídos y cetonas que utilizan cromo y manganeso conducen a la formación de una gran cantidad de subproductos nocivos que deben eliminarse por separado. Para evitar esto, se pueden utilizar oxidantes selectivos suaves, por ejemplo, peróxido de hidrógeno. Sin embargo, esta reacción requiere catálisis; sin ello, el rendimiento del producto no supera el 10 por ciento. Pero los catalizadores existentes, como el fosfato de plata, compuestos de platino y paladio, también son tóxicos o costosos. Por lo tanto, la tarea de encontrar un barato, El catalizador eficiente y ecológico para la producción industrial de cinamaldehído sigue siendo relevante.

Los químicos que crean catalizadores pueden resolver varios problemas. Primeramente, es necesario lograr una alta eficiencia, es decir, el catalizador debería facilitar la reacción de la mayor proporción de reactivos incorporados en la mezcla inicial. En segundo lugar, el catalizador debe ser altamente selectivo; esto significa que la proporción de subproductos no deseados debe ser mínima. En tercer lugar, el catalizador debe ser seguro para el medio ambiente. Todos estos problemas son relevantes para las reacciones de oxidación de alcoholes, que dan como resultado la formación de aldehídos y cetonas, compuestos importantes para la síntesis orgánica, medicamento, industria del perfume o agricultura.

El equipo de investigación dirigido por el químico de la Universidad RUDN Rafael Luque ha propuesto un catalizador eficaz y ambientalmente seguro para la síntesis de cinamaldehído. Este compuesto aromático tiene actividad antibacteriana y anticancerígena y se usa ampliamente en la industria de alimentos y perfumes como agente aromatizante. y en agricultura como fungicida. Una de las principales formas de obtenerlo es la oxidación del alcohol cinamílico.

Luque ha propuesto utilizar catalizadores basados ​​en nanopartículas de hierro y paladio obtenidas por el método mecanoquímico. Estas nanopartículas catalizan la oxidación selectiva del alcohol cinamílico por peróxido de hidrógeno bajo irradiación de microondas. Al mismo tiempo, son ambientalmente seguros y relativamente baratos.

Sin embargo, para que el hierro y el paladio funcionen como catalizadores, deben aplicarse sobre una superficie porosa adecuada:su estructura y propiedades químicas también determinan la eficacia de todo el sistema catalítico. Como tales matrices, Los químicos utilizaron varios tipos de sustratos de silicato poroso y aluminosilicato, que interactúan de manera diferente con el oxígeno y, por lo tanto, dan lugar a la formación de diferentes productos.

Para evaluar la efectividad del catalizador, los químicos midieron el grado de conversión, es decir, la proporción de alcohol convertido en aldehído. Para probar la selectividad de los catalizadores, Los científicos midieron la proporción entre el cinamaldehído y un subproducto no deseado, el benzaldehído, en la mezcla final. El catalizador más eficaz fue un sistema de nanopartículas de hierro en una matriz de zeolita de aluminosilicato. La tasa de conversión fue superior al 80 por ciento, más alta que la de los catalizadores de paladio y la solución de sales de hierro.

En este caso, el catalizador de nanopartículas de paladio sobre un sustrato de silicato magnético superó la selectividad de todas las demás opciones. Después de usar este catalizador, la proporción de cinamaldehído en la mezcla final excedió el 60 por ciento.

Para comprender por qué los catalizadores a base de hierro son más efectivos y los catalizadores a base de paladio son más selectivos, los autores estudiaron el mecanismo subyacente. Descubrieron que la oxidación del alcohol cinamílico formaba un producto intermedio con un grupo epoxi, -por eso, catalizadores más eficientes aceleran simultáneamente la reacción de oxidación con la destrucción de la cadena de carbono y la formación de moléculas más cortas de benzaldehído, lo que reduce la selectividad.

A pesar de que la alta eficiencia de los sistemas catalíticos estudiados está asociada a una disminución de la selectividad, Los catalizadores consisten en nanopartículas de hierro en matrices de zeolita que tienen ambos indicadores lo suficientemente altos para su uso potencial en la producción industrial. Los autores piensan que debido a la alta actividad de dichos catalizadores, principalmente basados ​​en nanopartículas de hierro, se pueden usar para oxidar no solo el alcohol cinamílico sino también otros compuestos con una estructura química similar.