En la industria química, la escisión selectiva y la oxidación de los enlaces carbono-hidrógeno (C-H), denominada "funcionalización C-H oxidativa", es un paso esencial en la producción de muchos disolventes, polímeros y tensioactivos, así como compuestos intermedios. para agroquímicos y farmacéuticos. Idealmente, uno querría usar oxígeno (O₂ ) como el único oxidante en este proceso para evitar el uso de sustancias más caras y perjudiciales para el medio ambiente, como el peróxido de hidrógeno (H₂ O₂ ), cloro (Cl₂ ), o ácido nítrico (HNO₃ ).

Sin embargo, usando O₂ como oxidante conlleva algunos problemas no resueltos. Si bien se han logrado algunos avances en el campo de los catalizadores recuperables y reutilizables, la mayoría de los sistemas heterogéneos requieren altas temperaturas de reacción, niveles elevados de O₂ presiones, o el uso de aditivos tóxicos. A su vez, esto paraliza el alcance de las posibles aplicaciones, la escalabilidad y la eficiencia de estos sistemas catalíticos.

En este contexto, un equipo de científicos de Tokyo Tech, dirigido por el profesor asociado Keigo Kamata, encontró recientemente un catalizador prometedor para la funcionalización oxidativa de C-H. Como se explica en su artículo publicado en ACS Applied Materials &Interfaces , dedujeron que las especies aisladas de manganeso (Mn) fijadas en una matriz cristalina podrían constituir un catalizador heterogéneo de alto rendimiento incluso en condiciones de reacción suaves, según el conocimiento previo.

En consecuencia, investigaron el catalizador tipo murdochita Mg₆ MnO₈ , una estructura de sal de roca de óxido de magnesio (MgO) con una octava parte del Mg ²⁺ iones reemplazados con Mn ⁴⁺ iones y otro octavo reemplazado con vacantes, dando como resultado un cristal con iones de Mn y vacantes ocupando ordenadamente capas alternas. Utilizando un método sol-gel rentable con la ayuda de ácido málico, el equipo preparó Mg₆ MnO₈ nanopartículas con un área superficial muy alta. El Dr. Kamata elabora:"El área de superficie específica de nuestro Mg₆ MnO₈ catalizador fue de 104 m ² /g, unas siete veces mayor que la de Mg₆ MnO₈ sintetizado usando métodos informados previamente".

Los investigadores también demostraron, a través de numerosos experimentos, que su Mg₆ MnO₈ Las nanopartículas podrían catalizar eficientemente la oxidación selectiva de C–H de varios compuestos de alquilareno incluso en condiciones de reacción suaves, a saber, 40 °C y presión atmosférica. El rendimiento de los productos finales también fue superior al obtenido con los catalizadores basados ​​en Mn existentes. Para colmo, el Mg₆ MnO₈ las nanopartículas podrían recuperarse fácilmente mediante filtración y luego reutilizarse sin ninguna pérdida aparente en la actividad catalítica después de múltiples ciclos.

Finalmente, el equipo buscó comprender por qué su catalizador propuesto funcionó tan bien a través de una serie de estudios cinéticos y mecánicos. Concluyeron que el aislamiento de sitios redox (especies de Mn, en este caso) en una matriz de base cristalina (MgO) era una característica particularmente importante para lograr la funcionalización oxidativa de C-H usando O₂ en condiciones suaves.

Satisfecho con los resultados y sus hallazgos, el Dr. Kamata especula:"Nuestro enfoque constituye una estrategia prometedora para el desarrollo de sistemas de oxidación heterogéneos altamente eficientes con amplios alcances de sustrato". + Explora más

Rutenato de bario:un catalizador de perovskita fácil de manejar y de alto rendimiento para la oxidación de sulfuros