Un químico de la RUDN obtuvo un catalizador reutilizable para la síntesis de ésteres

Un químico de la RUDN ha desarrollado un catalizador de silicato de estaño para la producción de ésteres: sabores, plastificantes y componentes de biocombustibles. A diferencia de los catalizadores existentes, la actividad de un nuevo material puede restaurarse y reutilizarse por completo. Los resultados se publican en la revista Microporous and Mesoporous Materials.

Los catalizadores no se gastan en el proceso de las reacciones químicas, pero en algunos casos es difícil separarlos de los desechos de síntesis y usarlos otra vez. En particular, en la preparación de ésteres a partir de ácidos orgánicos y alcohol - esterificación - se usan catalizadores de ácido inorgánico. En este caso, el producto de reacción final debe limpiarse y luego desecharse con los catalizadores; es más costoso separarlos para su reutilización que adquirir otros nuevos.

Los catalizadores sólidos basados en iones de estaño depositados en sustratos de soporte porosos se consideran prometedores. En su superficie se encuentran ´centros activos´: iones en los que se produce una transformación química, por ejemplo, la formación de éter. Sin embargo, cuando se usan tales materiales, los iones de estaño ´se lavan´, su actividad se pierde. Además, en la fabricación del catalizador, además de los iones, se forma una gran cantidad de óxido de estaño inútil.

El químico de la RUDN, Rafael Luke, ha desarrollado un nuevo método de producción de catalizador que da como resultado una matriz de silicato porosa con iones de estaño Sn4 + ´incrustados´ que se mantienen unidos mediante fuertes enlaces químicos.

(Foto: RUDN)

Si los métodos anteriores para crear tales catalizadores consistían en el hecho de que el estaño se aplicaba a una matriz porosa terminada de dióxido de silicio, entonces el profesor Luke formó el catalizador ´desde cero´. El sustrato de dióxido de silicio en su experimento se formó a partir de un precursor (tetraetoxisilano) en presencia de estaño, debido a que los iones de estaño estaban incrustados en la estructura química del sustrato.

El estudio del sustrato utilizando la espectroscopía de fotoelectrones de rayos X XPS mostró que en el catalizador se formó un enlace químico de óxido de silicio y estaño: Si - O - Sn.

El área de superficie de 1 gramo de catalizador es significativa: 600 metros cuadrados. Como las reacciones químicas se producen en la superficie del catalizador, cuanto mayor es su área de superficie, mayor es la actividad. La mayoría de los catalizadores basados en una matriz de silicio tienen un área útil de dos a tres veces menor: aproximadamente 200-300 metros cuadrados por gramo.

Los químicos probaron la actividad del nuevo catalizador en la síntesis de ésteres de ácido levulínico. El ácido levulínico es un producto del procesamiento de carbohidratos como la glucosa y el almidón. Al interactuar con los alcoholes, forma ésteres, que pueden usarse como aromatizantes, plastificantes y componentes de biocombustibles. Resultó que el nuevo catalizador le permite obtener ésteres de ácido levulínico con un rendimiento máximo del producto del 44 al 99 por ciento; esta cifra corresponde al nivel de eficiencia de los catalizadores más utilizados.

Además, se analizó la capacidad de reutilización del catalizador: el experimento mostró que su actividad no disminuía después de cinco regeneraciones. (Fuente: RUDN)