Catalizadores bifuncionales escalables para la copolimerización de CO2 y epóxidos con una eficiencia sin precedentes

Área de la Ciencia:

• Química de los polímeros
• La catálisis orgánica
• Química sustentable

Sus antecedentes:

• Los catalizadores metálicos han dominado la copolimización de CO2 / epóxido durante décadas.
• Los desafíos incluyen la preparación de catalizadores en varios pasos y la eliminación de residuos metálicos.
• Los problemas de escalabilidad dificultan la aplicación industrial generalizada de los métodos actuales.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar catalizadores sin metales de alta actividad para la copolimización de CO2/epoxido.
• Abordar los problemas de escalabilidad y contaminación por metales en la producción de policarbonato.
• Investigar el mecanismo catalítico y el rendimiento de los nuevos organocatalizadores.

Principales métodos:

• Síntesis de organocatalizadores bifuncionales con boro electrófilo y haluro de amonio cuaternario nucleófilo.
• Copolimerización de óxido de ciclohexano y CO2 mediada por un organocatalisador.
• Caracterización mediante cinética de reacción, experimentos de control, RMN 11B y análisis de la estructura cristalina.
• Estudios computacionales utilizando la teoría de la función de densidad (DFT).

Principales resultados:

• Organocatalizadores preparados en dos etapas con escalabilidad a escala de kilogramo y altos rendimientos.
• Alta actividad catalítica (frecuencia de rotación hasta 4900 h-1) y selectividad del policarbonato > 99%.
• Eficiencia excepcional (5,0 kg de producto/g de catalizador) obtenida en condiciones suaves (25-150 °C, 15 bares de CO2).
• Efecto sinérgico intramolecular demostrado entre el centro de boro y la sal de amonio cuaternario.

Conclusiones:

• Los organocatalizadores libres de metales ofrecen una alternativa escalable y eficiente para la copolimización de CO2/epoxido.
• El catalizador muestra una actividad, una selectividad y una estabilidad térmica sobresalientes.
• Este enfoque presenta una vía prometedora para la producción sostenible a gran escala de polímeros basados en CO2.