Rutas de reacción propuestas para el proceso de acoplamiento cruzado de Suzuki. Crédito: Comunicaciones de la naturaleza
Un grupo de científicos de materiales del Instituto de Tecnología de Tokio ha demostrado que un electruro intermetálico a base de paladio, Y 3 Pd 2 , puede mejorar la eficiencia de las reacciones de acoplamiento cruzado carbono-carbono. Sus hallazgos señalan el camino hacia un mundo más sostenible a través de la catálisis.
Los investigadores del Instituto de Tecnología de Tokio (Tokyo Tech) han desarrollado un material electride compuesto de itrio y paladio (Y 3 Pd 2 ) como catalizador de reacciones de acoplamiento cruzado de Suzuki. Estas reacciones se encuentran entre las más utilizadas para la formación de enlaces carbono-carbono en la química orgánica y medicinal.
Y 3 Pd 2 se predijo que sería un electride eficaz basado en cálculos teóricos, explica Tian-Nan Ye, profesor asistente en el Centro de Investigación de Materiales para Estrategias de Elementos de Tokyo Tech y primer autor del estudio publicado en Comunicaciones de la naturaleza . "En un electride, Los electrones aniónicos quedan atrapados en sitios intersticiales y suelen albergar un fuerte efecto de donación de electrones. ", dice." Esta característica nos motivó a aplicar Y 3 Pd 2 como catalizador de reacción de acoplamiento de Suzuki, ya que la barrera de reacción de la etapa de determinación de la velocidad puede suprimirse mediante la transferencia de electrones desde el electruro a los sustratos ".
En pruebas de laboratorio, la actividad catalítica de Y 3 Pd 2 demostró ser diez veces mayor que la alcanzada con un catalizador de Pd puro, y la energía de activación se redujo en un 35%.
¿Qué hace que Y 3 Pd 2 Tan eficiente y estable es la incorporación exitosa de átomos de Pd activos en una red de electruros intermetálicos. "Los sitios activos de Pd estabilizado en nuestra red cristalina resuelven los problemas de agregación y lixiviación que se han producido comúnmente en otros sistemas informados hasta ahora, "dice Ye." Esto hace que nuestro catalizador sea extremadamente robusto y estable para un uso a largo plazo, sin desactivación ".
La reutilización del catalizador (hasta 20 ciclos) y la relativa facilidad con la que se pueden recuperar los átomos de Pd representa un paso importante para lograr una mayor sostenibilidad en la industria química.
La idea de combinar itrio y paladio fue provocada por el trabajo de Jens Kehlet Nørskov, ahora en la Universidad de Stanford, dice Ye. En 2009, Nørskov y sus colaboradores publicaron hallazgos innovadores sobre catalizadores hechos de platino aleado con metales de transición tempranos, incluido el itrio. Desde entonces, muchos grupos han estado investigando nuevas combinaciones de compuestos intermetálicos (que consisten en un metal de tierras raras y un metal de transición activo), con el objetivo de desarrollar catalizadores mucho más eficientes para la industria química.
Mediante una serie de cálculos y estudios experimentales, Ye y su equipo demostraron que Y 3 Pd 2 tiene un fuerte efecto de donación de electrones asociado con una función de trabajo baja y una alta densidad de portadores, características que permiten que el catalizador trabaje con una energía de activación mucho menor que la de un catalizador de Pd puro.
Un desafío restante es el área de superficie relativamente baja de Y 3 Pd 2 . Para abordar este problema, el equipo utilizó una técnica de pulverización llamada molienda de bolas y comparó la actividad catalítica utilizando diferentes disolventes como el heptano y el etanol. En todas las muestras investigadas hasta ahora, el equipo descubrió que la velocidad de reacción del acoplamiento de Suzuki aumentaba en proporción al aumento de la superficie. Estos resultados iniciales son "muy prometedores, "dice Ye, sugiriendo que "el rendimiento catalítico podría mejorarse mediante una mayor nanocristalización".
