Las interfases sólido-acuosas son omnipresentes y esenciales en una amplia gama de sistemas y procesos naturales y artificiales, desde la formación de minerales, la erosión de las rocas y la corrosión de los metales, hasta el intrincado funcionamiento de las membranas biológicas y los canales iónicos.

En todos estos sistemas y procesos, el agua y los iones transportados por el agua desempeñan funciones decisivas y sustentan las reactividades químicas interfaciales, pero a menudo se carece de una comprensión fundamental de dichas funciones y efectos. El agua se considera un medio "verde" abundantemente disponible, ambientalmente benigno y económico, por lo que la ventaja de realizar reacciones químicas en el agua sobre los solventes orgánicos, que han dominado la química orgánica sintética por buenas razones, parece evidente, incluso desde un punto de vista. punto de vista del profano.

Sin embargo, una de las preguntas clave es "¿podemos predecir con buena precisión y exactitud si el agua mejorará o suprimirá una reacción química sobre un catalizador sólido?" Aparentemente, la respuesta se basa en nuestra capacidad para comprender, en gran profundidad, las tendencias de reactividad en las interfases dinámicas y complejas entre el sólido catalítico y el entorno acuoso, lo que a su vez conducirá a la formulación y descubrimiento de nuevos conceptos, principios y criterios. que se pueden aprovechar para maximizar las reactividades químicas hacia el producto objetivo o las listas de productos.

A pesar de los abrumadores desafíos asociados con esta misión, la heterogénea comunidad de catálisis ha logrado grandes avances en las últimas décadas, gracias tanto al rápido desarrollo de cajas de herramientas habilitadoras como a la intensificación de la transferencia de conocimiento interdisciplinario.

Entonces, ¿dónde nos encontramos después de décadas de investigación sobre reacciones catalizadas heterogéneamente en la fase acuosa? Centrándose en los catalizadores sólidos de base ácida, que representan un subconjunto de catalizadores heterogéneos con amplias aplicaciones en la industria química, un equipo de investigación dirigido por el Prof. Hui Shi de la Universidad de Yangzhou, China, compiló una evaluación exhaustiva de las funciones de las moléculas de agua, estructuras fracciones derivadas del agua y especies iónicas que se disuelven en ella, para la catálisis ácido-base heterogénea en la interfase sólido-acuosa.

Restringiendo aún más su atención a la deshidratación del alcohol, la condensación aldólica y la isomerización del azúcar, siendo todas reacciones prototípicas catalizadas por ácido-base, estos autores describieron una variedad de efectos generados por el agua, utilizando ejemplos cuidadosamente seleccionados, y discutieron críticamente sus orígenes químicos y procesos catalíticos. consecuencias. La revisión se publicó en Chinese Journal of Catalysis .

Estos autores cubrieron los principales avances en la comprensión atomística y a nivel molecular de varios modos generales de acción, por los cuales el agua afecta los mecanismos de reacción y las relaciones estructura-rendimiento, basándose en la nueva evidencia adquirida para el conjunto individual de catálisis ácido-base en el interfase sólido-acuoso.

Es particularmente importante reconocer que las funcionalidades de la superficie polar, los silanoles y los pares catión-anión, por ejemplo, y las características de polaridad y enlace H de los diferentes estados a lo largo de la ruta de reacción producen el impacto más dramático en la manifestación de los efectos del agua. Mediante un análisis comparativo, concluyeron que para una serie análoga de reacciones, se puede anticipar que los roles del agua pueden generalizarse a partir de un subconjunto específico de tales químicas. Finalmente, se destacaron algunos conceptos emergentes que se creía que valía la pena explorar más a fondo, como la "fuerza iónica interfacial" (o "fuerza iónica del trapo", cuando la fase sólida contiene microporos, poros que son más pequeños que dos nanómetros o incluso por debajo de 1 nm ).

Según el profesor Hui Shi, "aunque muchos esfuerzos para realizar reacciones en agua o disolventes acuosos han sido motivados por la benignidad inherente del agua, así como por su disponibilidad y costo, el uso de agua como disolvente o como componente de mezclas de disolventes nunca debe ser un problema". una elección mal informada sin una comprensión sólida de los orígenes químicos de sus efectos promocionales o adversos".

De hecho, a veces, incluso una pequeña gota de agua es suficiente para impulsar la reacción catalítica de manera espectacular, o "matar" la transformación por completo. La asimilación de las ideas resumidas en este artículo de revisión probablemente ayudará a los investigadores y profesionales a sintetizar una imagen coherente sobre los efectos relacionados con el agua y a obtener un mejor control sobre el resultado práctico en la dirección deseada y preferida. + Explora más

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