Mecanismo de la evolución electrocatalítica de H2, hidrogenación de carbonilo y acoplamiento carbono-carbono en Cu

Área de la Ciencia:

• La electrocatálisis
• Síntesis orgánica
• Química de las superficies

Sus antecedentes:

• La hidrogenación electrocatalítica es un proceso clave para convertir moléculas orgánicas.
• Los catalizadores de cobre (Cu) son conocidos por la hidrogenación, pero también pueden mediar el acoplamiento C-C.
• La comprensión de los mecanismos de reacción en las superficies del catalizador es crucial para optimizar la selectividad.

Objetivo del estudio:

• Para aclarar el mecanismo de hidrogenación electrocatalítico en fase acuosa del benzaldehído en Cu.
• Identificar las vías que conducen tanto a la hidrogenación de carbonilo como a los productos de acoplamiento C-C.
• Determinar las etapas que determinan la velocidad y los detalles mecánicos de estas reacciones paralelas.

Principales métodos:

• Experimentos de hidrogenación electrocatalítica con el uso de benzaldehído como sustrato en electrodos basados en Cu.
• Análisis de los productos de reacción para determinar la selectividad y el rendimiento.
• Estudios mecanicistas que incluyen análisis de cobertura superficial e investigaciones cinéticas.

Principales resultados:

• La electrocatálisis del cobre en el agua produce alcohol bencílico a través de la hidrogenación y hidrobenzoína a través del acoplamiento C-C.
• En presencia de benzaldehído, se observa una baja cobertura superficial de H* que favorece la interacción con el sustrato.
• La hidrogenación procede a través de la transferencia de electrones acoplados a protones, siendo la segunda adición de H a la α-C la que determina la velocidad.
• El acoplamiento C-C implica el ataque de un radical hidroxiintermedio a un benzaldehído fisicorbado, siendo este paso el que determina la velocidad.

Conclusiones:

• El catalizador Cu facilita las vías de reacción paralelas para la electrocatálisis del benzaldehído en agua.
• Mecanismos distintos rigen la hidrogenación (transferencia de electrones acoplados a protones) y el acoplamiento C-C (ataque radical).
• Controlar las condiciones de la superficie y los parámetros de reacción puede ajustar la selectividad hacia los productos deseados.