image: Many production facilities (e.g. plastic manufacturers, pharma companies, and others) use nanocatalysts that contain palladium--an expensive component that is not sustainably produced. A chemist from RUDN University found a way to reduce palladium consumption and to make its manufacture more eco-friendly. He developed a catalyst based on a substance that comes from plant waste. Using his invention, manufacturers could cut palladium consumption in half. Moreover, new catalysts can be reused multiple times without any decrease in efficiency. view more
Credit: RUDN University
Para la producción de plásticos, medicamentos y otros materiales, se utilizan nanocatalizadores con paladio, el mismo que resulta caro y no es ecológico. Un químico de RUDN University descubrió cómo reducir el consumo de paladio y hacer que la producción sea más amigable con el medio ambiente, para ello creó catalizadores basados en una sustancia que se obtiene de los residuos vegetales. Estos catalizadores reducen el consumo de paladio a la mitad. Además, se pueden reutilizar muchas veces sin pérdida de efectividad. Los resultados han sido publicados en Molecular Catalysis.
El acoplamiento cruzado es una clase de reacción en la que se combinan átomos de carbono de diferentes moléculas orgánicas, siendo éste el tipo de reacción más común en la química industrial. Se utiliza para la síntesis de plásticos, medicamentos y otros compuestos; solo en química médica representa el 17% de todas las reacciones. El componente principal del acoplamiento cruzado son las nanopartículas de paladio. El paladio es uno de los elementos más raros, por lo que su uso como catalizador es caro. Además, se obtiene principalmente en las empresas mineras, que son catalogadas como los mayores contaminantes ambientales. Un químico de RUDN University ha propuesto un método que resolverá todos estos problemas a la vez: ayudará a utilizar menos paladio costoso y no ecológico.
El consumo de paladio en combinación cruzada aumenta debido al hecho de que las partículas de catalizador que lo contienen se pegan. Hay dos formas de evitar que se peguen. La primera forma es química, consiste en modificar las propiedades químicas de las partículas para debilitar la interacción de sus superficies cuando se tocan. La segunda forma es sujetar físicamente el metal, por ejemplo, con un marco o celosía. Un químico de RUDN University utilizó el segundo método y fijó partículas metálicas utilizando una estructura multicapa con un núcleo magnético en el centro.
El núcleo del nuevo nanocatalizador está compuesto por óxido de hierro con fuertes propiedades magnéticas. En la parte superior está cubierto por con un polímero a base de catecol, una sustancia presente en las paredes de las células vegetales que se obtienen de los desechos de los cultivos. Ambas capas son auxiliares, no tienen actividad catalítica. El tercer componente, las nanopartículas de paladio, participa en la aceleración de la reacción. Un grupo de químicos de RUDN University introdujeron sus inclusiones en la segunda capa. El polímero sirve como ancla para las partículas metálicas, de tal manera que las partículas del nanocatalizador no se pegan.
La estructura del catalizador, que fue propuesta por un químico de RUDN University, permite el uso de la mitad del metal: 1,5% del peso total de la nanopartícula en lugar del 3-6%. Además, después de varios ciclos de reacción, el núcleo del nanocompuesto se puede limpiar y reutilizar. Esto ayudará no solo a reducir el impacto sobre el medio ambiente, sino también a reducir el costo de producción de medicamentos, plásticos y otras sustancias que utilizan el acoplamiento cruzado.
"Los químicos están mostrando un gran interés en crear catalizadores "verdes". Nuestros nanocatalizadores contienen una sustancia derivada de desechos de cultivos y son efectivos en reacciones de acoplamiento cruzado. Así, nuestros catalizadores no solo podrán reducir el consumo de paladio y con esto, reducir el coste de producción química, sino también reducir el impacto sobre el medio ambiente. Además, es interesante que hayamos demostrado la versatilidad de los polímeros basados en catecoles de plantas: el mismo enfoque se puede extender a otros metales como el platino, plata, oro, y se puede utilizar para desarrollar nanocatalizadores destinados a otras reacciones orgánicas.", expresó Rafael Luque, PhD, director del centro científico "Diseño Molecular y Síntesis de Compuestos Innovadores para Medicina", RUDN University.
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Molecular Catalysis