Procesos de oxidación selectiva de interés en síntesis orgánica e industrial, benignos con el Medioambiente, empleando nuevos sistemas catalíticos

Abstract

Si hay una reacción dentro de la síntesis orgánica que necesita alternativas “verdes” o benignas con el medio ambiente o que estén de acuerdo con los principios de la química sostenible , esa es la reacción de oxidación selectiva. Esto es necesario a nivel industrial pero, especialmente, a nivel de química fina. De hecho, muchas de las síntesis de compuestos agroquímicos; farmacéuticos y otros compuestos químicos de elevado valor añadido implican reacciones de oxidación que, en la mayoría de los casos, se llevan a cabo utilizando oxidantes inorgánicos (u orgánicos) estequiométricos. Una buena alternativa supone llevar a cabo la reacción en presencia de catalizadores heterogéneos y emplear como agente oxidante, oxígeno molecular y/o peróxido de hidrógeno (porcentaje de oxígeno activo elevado, 47%, y genera agua) . En esa línea, se propone investigar nuevos sólidos con el fin de alcanzar mejores comportamientos catalíticos, que los descritos hasta ahora, en reacciones de oxidación selectiva de hidrocarburos y alcoholes, en fase gaseosa. Entre los hidrocarburos se tomará como base el tolueno dado el interés de los productos de oxidación, benzaldehido y ácido benzóico, que son importantes intermedios en la preparación de pinturas, perfumes, productos farmacéuticos y productos agroquímicos y que los valores de rendimiento a tales productos oxigenados descritos, raramente, sobrepasan el 20% con catalizadores a base de vanadio que es uno de los metales más idóneos para este tipo de reacciones. En lo que se refiere a los alcoholes las investigaciones irán dirigidas a la transformación de metanol en dimetoximetano (DMM) y/o dimetiléter (DME) ya que son sustancias de importancia en el área de los combustibles y los recursos energéticos, debido a su eficacia como aditivos y/o por ser alternativas a los combustibles diesel. El método tradicional de producción de dimetoximetano supone dos etapas, obtención de formaldehido a partir de metanol con catalizadores heterogéneos y reacción de acetalización con catálisis ácida homogénea, que acarrean ciertos inconvenientes: alta temperatura de reacción, complejos procesos y la necesidad de un equipo resistente a la corrosión de los catalizadores ácidos. El método alternativo, en una sola etapa, es muy atractivo, aunque no fácil, y con una gran necesidad de estudio y profundización. Se requiere catalizadores con propiedades redox, para obtener formaldehído y propiedades ácidas para favorecer la reacción de condensación, aunque también favorece la deshidratación a dimetiléter. La reacción de oxidación de tolueno supone una continuación de una investigación previa en la que empleamos sistemas de vanadio soportados sobre sistemas mixtos inéditos Ti-Sepiolita . Se obtuvieron valores de rendimiento a benzaldehído y/o ácido benzoico comparables a los descritos en la bibliografía, que se pretenden mejorar con los sistemas catalíticos que se proponen en este Proyecto. También, se pretende verificar en mayor medida el mecanismo propuesto . Por su parte, los catalizadores patentados o reportados en la bibliografía para llevar a cabo la transformación de metanol a DMM están basados en óxidos de Mo ; en estructuras tipo Keggin soportadas sobre diferentes tipos de soportes ; óxidos de Re soportados e incluso óxidos de vanadio soportado sobre óxido de titanio sin modificar o modificado con iones sulfato . Los valores máximos de selectividad son, alrededor, del 90% para valores de conversión entre el 45 y el 60%.