Un químico de la RUDN y sus colegas de Irán han desarrollado una nueva estrategia para producir huecos, catalizadores porosos para la reacción de acoplamiento de Heck. Estos catalizadores se caracterizan por una estructura similar a una flor. Consisten en grafeno, sobre cuya superficie se depositan hidróxidos de aluminio-cobalto en capas y nanopartículas de paladio. El material resultante reduce 10 veces el tiempo de síntesis de la sustancia necesaria para obtener colorantes —transilbeno— sin reducir el rendimiento del producto objetivo. Los catalizadores desarrollados se pueden aplicar en síntesis estereoselectiva en productos farmacéuticos, la preparación de tintes orgánicos, y en agroquímica. Los resultados fueron publicados en la revista Cartas de catálisis .

La reacción de Mizoroki-Heck se utiliza para crear tintes, herbicidas y medicamentos en los que el paladio actúa como catalizador. Los catalizadores generalmente se combinan con hidróxidos de cobalto y aluminio de doble capa para aumentar la actividad catalítica del paladio. Pero baja conductividad eléctrica, La escasa estabilidad mecánica y el corto ciclo de vida de estos hidróxidos limitan su uso. Los químicos superaron estos obstáculos introduciendo óxido de grafeno en la estructura del catalizador. Los átomos de nitrógeno y azufre en la superficie del grafeno aumentan la fuerza de unión con nanopartículas de paladio. El grafeno puede ser un portador ideal para los hidróxidos de paladio, cobalto y aluminio debido a su gran superficie, estabilidad química, y alta conductividad eléctrica.

Rafael Luque, director del Centro de Investigación para el Diseño Molecular y Síntesis de Compuestos Innovadores para la Medicina de la Universidad RUDN, y sus colegas primero oxidaron el grafeno a óxido. Luego, sintetizaron esferas huecas parecidas a flores en presencia de sales de cobalto y aluminio. Después, implantaron átomos de azufre y nitrógeno en ellos a alta temperatura y presión. Los químicos sintetizaron el catalizador objetivo recuperando compuestos de paladio en los poros de las esferas huecas resultantes. La actividad catalítica se investigó calentando el catalizador con estireno y derivados aromáticos de cloro, bromo y yodo.

"Estos catalizadores son muy eficientes y tienen una estabilidad muy alta en comparación con otros sistemas reportados, "dice Luque.

Los investigadores revelaron una alta actividad catalítica en las esferas porosas obtenidas con la liberación de trans-estilbeno, el producto de reacción objetivo, hasta un 95 por ciento dentro de las dos horas posteriores a la reacción en condiciones suaves de síntesis. Los autores también encontraron que los derivados de yodo reaccionan más rápido que los derivados de bromo y cloro similares. El catalizador mostró la capacidad de reaccionar después de ocho veces el uso repetido, lo que indica su alta estabilidad. Los catalizadores anteriores para la reacción de acoplamiento de Heck mostraron valores de rendimiento más bajos del 62 por ciento al 91 por ciento, o requirió una alta temperatura y tiempo de reacción. Rafael Luque y sus colegas demostraron el potencial de crear catalizadores huecos de paladio estables en forma de flor y el papel positivo del grafeno aleado con azufre y nitrógeno sobre un sustrato de óxidos de cobalto y aluminio en capas.