La clave de las reacciones químicas está en el nombre:tiene que haber algo que haga que las sustancias químicas reaccionen entre sí. Llamado catalizador, este componente induce o acelera las reacciones de manera controlada para producir el resultado deseado. Los catalizadores utilizados en varias industrias suelen estar compuestos por metales nobles, que no son lo suficientemente eficientes para compensar su alto costo. Para abordar este problema de la reacción química de agregar hidrógeno, llamada hidrogenación, a la quinolina, una molécula importante en la producción farmacéutica, investigadores con sede en China han desarrollado un catalizador altamente efectivo que comprende nanopartículas sinérgicas y átomos individuales de iridio.

Publicaron su enfoque el 22 de marzo en Nano Research .

"La hidrogenación selectiva de la quinolina y sus derivados a los productos correspondientes tiene amplias aplicaciones en la industria química fina y farmacéutica", dijo el coautor correspondiente Changyan Cao, investigador del Instituto de Química, la Academia China de Ciencias (ICCAS) y la Universidad de la Academia China. de Ciencias (UCAS). "Las quinolinas son una clase importante de compuestos para acceder a los productos de tetrahidroquinolina que se encuentran ampliamente en las moléculas de los fármacos, pero generalmente se necesitan catalizadores de metales nobles para producir esta reacción. Como tal, es muy importante mejorar la actividad y la eficiencia de utilización de los metales preciosos. debido a su alto precio."

Los investigadores se centraron en los catalizadores de un solo átomo, que, según Cao, se han convertido en un tema candente en el campo de la catálisis debido a cómo pueden combinar las ventajas de los catalizadores homogéneos y heterogéneos. Los catalizadores homogéneos fomentan una reacción uniforme, pero los catalizadores heterogéneos pueden inducir una reacción de mayor rendimiento. El problema, según Cao, es que los catalizadores de un solo átomo carecen de un enlace metal-metal. Sin este enlace para fusionarse, el hidrógeno es forzado a través de una vía diferente que resulta en una menor hidrogenación general.

"Dado que el hidrógeno se disocia en pares coincidentes más fácilmente en nanopartículas de metales nobles, por ejemplo, en átomos de hidrógeno, y es bien sabido que los átomos de hidrógeno se derraman, planteamos la hipótesis de que los átomos de hidrógeno formados en nanopartículas metálicas también podrían migrar a sitios únicos de metal para la hidrogenación. Cao dijo, explicando que la actividad de hidrogenación inicial entre el catalizador propuesto y el sustrato produciría esencialmente una fase secundaria de átomos de hidrógeno capaz de continuar el proceso de catálisis. "Con tal diseño, los problemas antes mencionados podrían resolverse".

Para diseñar un catalizador de este tipo, los investigadores dispersaron átomos individuales de iridio, el metal noble de mayor actividad intrínseca reportada para la hidrogenación de la quinolina, y nanopartículas en un soporte de carbono. Cuando se aplicó quinolina, la reacción demostró ser más eficiente que cuando se usaron solo átomos de iridio o solo nanopartículas.

"La construcción de un catalizador sinérgico cambia la ruta de reacción para aprovechar los sitios de un solo átomo en la activación del sustrato y las nanopartículas en la disociación del hidrógeno", dijo el coautor Weiguo Song, profesor de ICCAS y UCAS. "Todas estas características juntas contribuyen al rendimiento de hidrogenación mucho mejor en comparación con el catalizador de un solo átomo y el catalizador de nanopartículas".

Si bien el catalizador sinérgico desarrollado no elimina la necesidad de metales nobles, sí reduce la cantidad necesaria para una mejor reacción.

"Propusimos y confirmamos una estrategia eficiente para impulsar la actividad catalítica para la hidrogenación de la quinolina mediante la construcción de un catalizador sinérgico de nanopartículas y átomos individuales de iridio, resolviendo las limitaciones de actividad de los catalizadores de un solo átomo", dijo Song. "A continuación, ampliaremos nuestra investigación a otros catalizadores metálicos y reacciones de hidrogenación para demostrar la universalidad de la catálisis sinérgica". + Explora más

Descubrimiento de un nuevo catalizador para la hidrogenación selectiva y altamente activa de dióxido de carbono a metanol