Un químico de la RUDN ha creado un nuevo catalizador que simplificará la producción de herbicidas, colorantes y medicamentos

Un químico de la Universidad RUDN ha creado un nuevo catalizador basado en aluminosilicato poroso y polímeros organometálicos con nanopartículas de óxido de hierro. Simplificará significativamente y aumentará cinco veces la velocidad de síntesis de compuestos organo-nitrogenados, necesarios para la producción de barnices y pinturas, herbicidas, cauchos, colorantes, medicamentos e insecticidas. El estudio fue publicado en la revista Molecules.

Los compuestos organonitrogenados sirven como un componente necesario para la síntesis de varios productos de la industria química: barnices y pinturas, sustancias farmacéuticas, caucho sintético, herbicidas e insecticidas. Entre ellos, las iminas juegan un papel importante. Estas sustancias exhiben propiedades antifúngicas y bactericidas, se usan como precursores en síntesis orgánica fina de productos farmacéuticos, venenos, colorantes, así como películas y recubrimientos conductores de la electricidad.

Los métodos tradicionales para la síntesis de iminas son la condensación de aldehídos y cetonas con aminas primarias, así como la aminación de haloalcanos. Sin embargo, estos métodos requieren de altas temperaturas, el uso de ácidos volátiles fuertes y agentes alquilantes tóxicos. Estos factores, así como la baja selectividad de las reacciones, es decir, una gran cantidad de los productos derivados, hacen que los químicos busquen nuevos métodos de síntesis.

El químico de la RUDN Rafael Luque, director del Centro Universitario de diseño molecular y síntesis de compuestos innovadores para la medicina, ha desarrollado un nuevo catalizador que puede aumentar la eficiencia de la síntesis de imina en la reacción de la N-alquilación alcohólica de iminas con condiciones relativamente suaves: la reacción se termina completamente en 2 horas a 120 grados en xileno con un rendimiento de casi el cien por cien del producto principal. En comparación, la alquilación tradicional de anilina con alcoholes se lleva a cabo a una presión superior a 3 megapascales y temperaturas superiores a 200 grados durante 10 horas.

Para obtener el catalizador, Luque y sus colegas insertaron mecanoquímicamente unas nanopartículas de óxido de hierro en una matriz de aluminosilicato mesoporoso (Al-SBA-15) intercalado con una pequeña cantidad de polímero de coordinación organometálicos (MOF). El uso de MOF para la formación de centros activos en la creación de catalizadores permite reducir el contenido de hierro en la matriz tres veces sin pérdida de productividad del catalizador.

(Foto: RUDN)

El químico ha sugerido que se puede mejorar las propiedades del catalizador usando el método de procesamiento mecanoquímico: el compuesto Fe-MOF se tritura en un molino de bolas con una matriz de aluminosilicato en una proporción de 1:100 y se obtiene material finamente dividido con centros activos de hierro aislados. Esto no permite que las nanopartículas de catalizador se aglomeren y conserva la gran superficie activa del catalizador en el proceso de síntesis, así como una fase activa altamente dispersa.

El profesor Luque utilizó un nuevo catalizador para producir iminas en la reacción de alquilación de anilina con alcohol bencílico. El catalizador hizo posible obtener un rendimiento de imina del 97 por ciento de la masa teóricamente posible y de la selectividad: la proporción de la masa de la sustancia objetivo con respecto al producto en masa total, incluidos los subproductos, 96 por ciento. Los métodos previamente conocidos de N-alquilación de aminas aromáticas con alcoholes produjeron del 40 al 90 por ciento, muchos subproductos y requirieron varias veces más tiempo.

El químico ha demostrado que en condiciones idénticas, se formaba el 41 por ciento de la imina con una selectividad del 76 por ciento, y que una catálisis homogénea en presencia de cloruro tradicional el hierro no mejoraba suficientes indicadores: rendimiento de imina era 66 por ciento con selectividad del 88 por ciento.

Los catalizadores Fe-MOFs-Al-SBA-15 son altamente estables, respetuosos con el medio ambiente y se pueden regenerar para su reutilización repetida en la síntesis sin pérdida de productividad. Así se encontró un método barato y ecológico para optimizar la síntesis catalítica de las iminas. (Fuente: RUDN)