Las reacciones químicas no siempre salen según lo planeado. Los subproductos no deseados generan costos adicionales y desperdician recursos. Los catalizadores selectivos pueden ayudar, pero los químicos tienen que probar grandes cantidades antes de encontrar el ajuste adecuado. Los investigadores ahora han investigado, a nivel atómico, cómo obtener un catalizador de paladio para la hidrogenación selectiva de acroleína. La clave parece ser densa, capa convertible de moléculas de ligando, informar a los autores en la revista Angewandte Chemie .

La molécula de acroleína tiene dos posiciones en las que puede hidrogenarse. Cuando reacciona con hidrógeno, ya sea el alcohol, propenol, o el aldehído, propanal, se forma. Los catalizadores de paladio se pueden utilizar para dirigir la reacción hacia el propenol, pero los científicos han observado que esto solo funciona si la superficie del metal ya ha sido recubierta con el socio de reacción o un hidrocarburo similar como precursor de ligando. Swetlana Schauermann y su equipo en la Universidad de Kiel, Alemania, Ahora he investigado por qué este es el caso y qué sucede realmente en esta reacción.

Para los experimentos del equipo, Primero recubrieron metal de paladio puro con cianuro de alilo, el ligando precursor de la reacción. Para visualizar este recubrimiento en detalle, los investigadores analizaron la superficie del paladio utilizando microscopía de túnel de barrido. Los resultados mostraron una capa "plana" del cianuro de alilo donde los tres átomos de carbono del alilo, así como el grupo funcional cianuro, acostarse sobre los átomos de metal. No se observaron protuberancias de la superficie.

Esta capa de ligando plana cambió cuando el metal se expuso a las condiciones de reacción y se pasó una corriente de hidrógeno sobre la superficie del metal. La microscopía de barrido de túnel reveló una capa densa, pero con distancias considerablemente más cortas entre las moléculas. Los investigadores utilizaron el tipo de cambios que se estaban produciendo, y análisis espectroscópicos, para averiguar exactamente qué estaba pasando. El hidrógeno había hidrogenado la molécula de cianuro de alilo y la había convertido en un hidrocarburo saturado con un grupo funcional imina.

Sin embargo, la imina ya no estaba acostada sobre la superficie:estaba de pie. Esto sucedió porque el extremo de la molécula con el residuo de hidrocarburo saturado había perdido contacto con los átomos de paladio, mientras que la función imina permaneció unida al metal. La superficie plana del catalizador se había transformado en un bosque de árboles moleculares verticales.

Este nuevo recubrimiento activó el catalizador, permitiendo el acoplamiento posicional preciso de la acroleína y la activación de la función de oxígeno lista para la hidrogenación. "En esta capa activa, la acroleína forma casi instantáneamente el intermedio de reacción de propenoxi deseado seguido de la evolución del producto objetivo propenol, "observaron los autores.

La quimioselectividad y la actividad del catalizador de paladio podrían explicarse en detalle. "Esta es la primera prueba experimental de la formación de una capa de ligando activo obtenida por microscopía espacial real, "afirman los autores. El equipo espera que este nuevo, Se podría utilizar un conocimiento más profundo para encontrar otras funcionalizaciones para mejorar la quimioselectividad de los catalizadores metálicos.