Investigación Química

Investigación Química

Catálisis homogénea en medios acuosos:

Un reto de la Química Organometálica moderna

Resumen: El agua es un disolvente barato, ampliamente disponible e inocuo. La Química Organometálica acuosa y sus apli-caciones catalíticas han sido objeto de una atención creciente en los últimos años, ya que permiten el desarrollo de procesos industriales "limpios". En este artículo se describen los aspectos básicos de la química acuosa de los derivados organometáli-cos y sus principales aplicaciones catalíticas en medios acuosos via catálisis bifásica (fases orgánica-agua). La utilización de agua como medio de reacción y la recuperación de los catalizadores son características sumamente atractivas a escala indus-trial que avalan el interés y desarrollo actual de la Química Organometálica en medios acuosos.

Introducción Este artículo tiene como objeto presentar una breve panorámica de la Química

La reducción del gasto energético compa- Organometálica en agua. Se atenderá tible con una salvaguarda del medio am- tanto a los aspectos básicos de la química biente natural constituye uno de los ma- acuosa de los derivados organometálicos yores retos de la Ciencia y Tecnología como al desarrollo de sus principales apli-moderna. El amplio reconocimiento de caciones en síntesis orgánica, con énfasis este hecho contrasta, sin embargo, con un en los procesos catalíticos de implantación desacuerdo en la adopción de medidas industrial. Puesto que se trata de un campo concretas y solidarias. La Química desem- incipiente pero de intenso desarrollo inves-peña ya un papel de liderazgo en el com- tigador, serán presentados, así mismo, promiso universal para alcanzar un desarrollo sostenible en algunos ejemplos de reciente aparición en la bibliografía cien-los procesos productivos que le conciernen. Bajo la denomi- tífica que pueden servir como ilustración de la potencialidad nación de "Química Verde" se enmarcan una amplia serie de de la Química Organometálica acuosa.

procedimientos y protocolos que ya afectan a la actividad de

la industria química, impulsando la investigación sobre pro- Fundamentos de la Química Organometálica acuosa

cesos químicos más eficientes y "limpios" en consonancia con

un ahorro energético y el respeto al medio ambiente.[1] Por El agua es el ligando prototipo -dador en los compuestos de ello, el desarrollo de procedimientos sintéticos que utilizan coordinación. Aunque la química acuosa de los metales ha reacciones en agua o medios acuosos (como alternativa a los constituido una de las piedras angulares en el desarrollo de la disolventes orgánicos en general más contaminantes) goza de Química de Coordinación, la Química Organometálica acuo-un amplio interés actual puesto que el agua es un disolvente sa, especialmente en sus inicios, ha tenido un desarrollo barato, ampliamente disponible e inocuo. incierto. Así, desde los albores de este campo científico era En este contexto, la Química Orgánica en medios acuosos bien conocido que algunos derivados organometálicos pre-ha experimentado un rápido desarrollo durante la última déca- sentan una marcada inercia química y estabilidad en agua. da,[2] generando nuevas metodologías sintéticas, eficientes y Entre otros, derivados como MMe4, MR4−nXn (n = 0−3; M =

selectivas, que constituyen ya una alternativa competitiva de Si, Sn, Pb), [HgMe2], [HgMeX], que constituyen paradigmas gran potencialidad en numerosos procesos convencionales. de la covalencia del enlace M−C, permanecen inalterados en La sustitución de los disolventes hidrocarbonados por agua, presencia de agua. Por el contrario, los organo-derivados de resulta de especial relevancia en el impulso de una Química los metales más electropositivos: alcalinos, alcalinotérreos, de menos contaminante. magnesio, aluminio, cinc, etc., con un fuerte carácter carba-

La Química Organometálica y, en especial, los catali- −

zadores organometálicos desempeñan un papel crucial en la industria química moderna. Tanto procesos a gran escala (pro-ducción de 'commodities') como la síntesis de sustancias de

alto valor añadido (Química Fina) dependen en buena medida estos metales, cronológicamente anterior a la química de la de la utilización de catalizadores organometálicos.[3] Bajo los mayoría de los metales de transición, ha ejercido una influen-criterios modernos que impulsan el desarrollo de procesos cia equívoca acerca de la reactividad de los derivados industriales "limpios", la Química Organometálica acuosa ha organometálicos en agua "...son sensibles al aire y sido objeto de una atención creciente en los últimos años. En humedad...", que ha lastrado el desarrollo de la Química particular, las aplicaciones de catalizadores organometálicos Organometálica acuosa de los metales de transición. La son de interés especial para la industria química, ya que cons- oxofília de numerosos metales de este tipo para formar oxo-tituyen una vía metodológica eficiente y compatible con la complejos de gran estabilidad termodinámica (Ecuaciones 2, utilización de agua como medio de reacción a través de pro- 3) ha incidido también en el criterio de la incompatibilidad del cesos que transcurren via catálisis bifásica (fases orgánica- agua con la Química Organometálica.

agua).[4]

Departamento de Química Orgánica e Inorgánica,

Instituto Universitario de Química Organometálica "Enrique Moles" (Unidad Asociada al CSIC), Facultad de Química,

Universidad de Oviedo, 33006 Oviedo, C-e: jgh@uniovi.es

MR−+ H2O

2 [LnM−OH ]

2 [LnM−OH ]

M−OH + R−H (Ec. 1)

[LnM=O] + [LnM(H2O)] (Ec. 2)

2 [LnM−O−MLn ] + H2O (Ec. 3)

Anales RSEQ

La limitación de una química organometálica acuosa[5] deriva no sólo del carácter electrofílico del agua (H+) sino también de su capacidad para actuar como nucleófilo (OH−), adicionándose a ligandos hidrocarbonados insaturados. Así, los derivados que contienen los enlaces M−R−más polares experimentan fácilmente ataques electrofílicos de agua (Ecuación 4) con eliminación del grupo orgánico, mientras que el agua puede actuar como reactivo nucleófilo en enlaces -metal carbono de olefinas, alquinos, etc., que contienen centros electrofílicos (Ecuación 5).

complejo

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