Sintesis de acido acetico a partir de metanol

SÍNTESIS DE ÁCIDO ACÉTICO A PARTIR DE METANOL

Carol Andrea Cortes, Monica Viviana Rojas Corredor

El ácido acético es uno de los compuestos químicos de mayor interés debido a su gran poder como reactivo y a su aplicación en diferentes campos de la industria, actualmente la vía más común de obtención de éste es la carbonilación o también conocida como la síntesis de ácido acetico a partir de metanol.

De manera general la reacción de carbonilacion muestra como una molécula de monóxido de carbono se adiciona a una molécula de un sustrato orgánico, algunos tipos de este proceso son de gran interés como por ejemplo la hidroformilación y la reacción de Reppe.

Donde esta última fue desarrollada por Walter Reppe en el año de 1941 logrando demostrar la eficiencia de carbonilos metálicos del Grupo VIII como catalizadores para las reacciones de carbonilación, buscando desarrollar un proceso de ácido acético independiente de materias primas a base de petróleo.

En 1960 Reppe junto con la compañía alemana BASF realizaron mejoras al proceso homogéneo basado en un catalizador de Ni, desarrollaron un catalizador de cobalto a partir de CoI2 donde el CoI2 reacciona con H2O y CO para generar la especie activa inicial HCo(CO)4, como lo indican las siguientes reacciones:  

2 CoI2 + 2 H2O + 10 CO → Co2(CO)8 + 4 HI + 2 CO2

Co2(CO)8 + H2O + CO → 2 HCo(CO)4 + CO2

Para evitar que el CO se insertara en el enlace O–H del metanol la presencia de I- es necesaria para convertir el metanol en CH3I previo a la carbonilación. La velocidad de reacción en este sistema depende fuertemente de la concentración de CH3OH y la presión del CO, por lo que a altas presiones y temperaturas en este caso 600 bar y  230 ◦C.

La selectividad hacia el ácido acético obtenida en el proceso es de alrededor del 90 % y 70 % basada en consumo de metanol y CO. A pesar de que no existen estudios avanzados para determinar las condiciones en las que se lleva a cabo la reacción se ha propuesto el ciclo catalítico descrito a continuación:

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Figura  1. Ciclo catalítico - proceso de carbonilación de metanol catalizado por Co

Otro método importante para la fabricación de ácido acetico por carbonilacion catalítica de metanol es el proceso de Monsanto que se llevó a cabo en 1966, donde se  introdujo rodio como nuevo sistema  catalizador  este proceso se lleva a cabo a una presión entre 30 y 60 atm y una temperatura de 150 a 200 °C lo cual demostró significativamente mayor actividad y selectividad que el proceso a base de cobalto. El metanol puede ser carbonilado incluso a presión atmosférica con rendimientos de 99 % y 90 % con respecto a metanol y monóxido de carbono. Este proceso fue probado comercialmente en el estado de Texas para después  ser comercializado, de esta manera el proceso de BASF se convirtió en poco competitivo, por lo que el Proceso Monsanto tomo gran preferencia.

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Figura 2. Ciclo catalítico- reacción de carbonilación de metanol catalizada por Rh.

En este caso la especie activa catalíticamente es el anión cis-[Rh(CO)2I2]− y el ciclo catalítico se divide en seis pasos, donde la conversión de metanol en yoduro de metilo y la hidrólisis de yoduro de acetilo para dar ácido acético no tienen que ver con el rodio.

La primera etapa organometálica es la adición oxidativa del yoduro de metilo al cis-[Rh(CO)2I2]− para formar la especie hexacoordinada [(CH3)Rh(CO)2I3]− . Este anión rápidamente se transforma, a través de la migración de un grupo metilo al ligando carbonilo, produciendo el complejo acetilo pentacoordinado [(CH3CO)Rh(CO)I3]−.  Este complejo de índice de coordinación cinco reacciona con monóxido de carbono para formar el complejo dicarbonilo de coordinación seis que se descompone por eliminación reductiva para formar yoduro de acetilo (CH3COI) y regenera la forma activa del catalizador. El yoduro de acetilo se hidroliza luego para dar ácido acético. Se ha demostrado que la reacción es de primer orden en relación con el yoduro de metilo y el catalizador. De ahí que se haya propuesto que el paso determinante de la velocidad del ciclo catalítico sea la adición oxidativa del yoduro de metilo al catalizador. Se cree que esto ocurre a través de un ataque nucleó filo del centro de rodio sobre el carbono del yoduro de metilo.

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