Hidrogenización catalítica mediante sitios de hierro dispersos en el carbono químico y redóxido no inocente dopado...

Área de la Ciencia:

• Catálisis heterogénea
• Ciencias de los materiales
• Química orgánica

Sus antecedentes:

• Los metales de transición de primera fila dispersos atómicamente en carbono dopado con nitrógeno (M-N-C) se destacan en la hidrogenación, pero se estudian menos para reacciones complejas como la hidrogenólisis.
• La escisión selectiva de enlaces C-O en hidrocarburos oxigenados es clave para la mejora de la materia prima, ya que requiere catalizadores con interacciones específicas entre metales y ligandos y soportes.

Objetivo del estudio:

• Investigar la actividad catalítica de los catalizadores de hierro-nitrógeno-carbono (Fe-N-C) para la hidrogenolización del enlace C-O.
• Aclarar el papel del soporte de carbono dopado con nitrógeno y los sitios activos de hierro en el mecanismo de reacción.

Principales métodos:

• Síntesis de catalizadores Fe-N-C con sitios de hierro bien definidos.
• Análisis espectroscópicos (por ejemplo, para determinar los estados de coordinación y oxidación del Fe).
• Pruebas catalíticas bajo presión de hidrógeno a temperaturas elevadas para estudiar la hidrogenólisis de los alcoholes y éteres de arilo.

Principales resultados:

• Los catalizadores Fe-N-C sintetizados en as presentan sitios Fe ((III) pentacoordinados con ligandos hidroxilo.
• Bajo condiciones de reacción (H2, 170-230 °C), el Fe (III) se reduce a Fe (II), perdiendo el ligando hidroxilo, facilitado por el H2 en el soporte.
• La unión del alcohol a los sitios Fe ((II) conduce a la homólisis del enlace O-H, la reoxidación de Fe ((III) y la transferencia de átomos de H al soporte.

Conclusiones:

• Los catalizadores Fe-N-C catalizan efectivamente la hidrogenólisis del enlace C-O, con el soporte N-C que mejora significativamente la actividad.
• El papel del soporte es análogo a los ligandos redox no inocentes en los catalizadores moleculares, lo que permite la activación de enlaces en varios pasos.
• Estos hallazgos ponen de relieve el potencial de los M-N-C para la mejora de las materias primas renovables y recicladas a través de la escisión selectiva de enlaces.