Estructuras porosas a escala nanoscópica utilizadas como catalizadores
Los polímeros porosos están atrayendo un enorme interés para uso en aplicaciones de separación de gases, almacenamiento de energía y catálisis, al permitir la fabricación de materiales multifuncionales con arquitecturas porosas jerarquizadas utilizando los métodos sencillos y bien establecidos del procesamiento de polímeros. Un grupo de científicos inició el proyecto financiado con fondos europeos «Functional microporous organic polymers» (FUNMOPS) para sintetizar nuevos polímeros orgánicos microporosos para catálisis. Los MOP a escala nanoscópica proporcionan una plataforma para el desarrollo de catalizadores heterogéneos, en los que el catalizador se encuentra en una fase diferente a la de los reactivos. Esa naturaleza heterogénea hace posible reciclar luego el catalizador. Entre las dianas de la investigación se incluían catalizadores hechos de MOP tejidos, MOP con fracciones tanto ácidas como básicas y MOP que contuvieran fotoiniciadores. Los MOP tejidos se obtienen «tejiendo» bloques de construcción aromáticos mediante el uso de un reticulante externo y reactivos de bajo coste. Los integrantes del proyecto FUNMOPS sintetizaron una red tejida de cloruro de ftalocianina de hierro(III) que luego copolimerizaron con benceno para aumentar su porosidad. De forma inesperada, encontraron que el área superficial aumentaba de manera lineal con el contenido en benceno. Puesto que el cloruro de ftalocianina de hierro(III) es un conocido catalizador de la oxidación, los investigadores decidieron probar la co-red preparada con benceno y pudieron demostrar su excelente rendimiento de oxidación y en producto además de quimioselectividad. El equipo tuvo asimismo éxito con la catálisis ácido-base sobre MOP utilizando la reacción (condensación) de Knoevenagel catalizada por una base entre benzaldehído y malononitrilo. Pudieron demostrar una conversión del 96 % con selectividad superior al 99 % utilizando un polímero microporoso conjugado funcionalizado con grupos amina como catalizador heterogéneo que después se podía reciclar. El equipo mostró asimismo la utilidad de redes tejidas de menor coste para llevar a cabo la reacción de Knoevenagel catalizada por una base. Por último, consiguieron llevar a cabo la síntesis de polímeros orgánicos microporosos que contenían el fotoiniciador aromático rígido tioxantona. Como en el caso de los MOP tejidos, los investigadores obtuvieron el MOP copolimerizando la tioxantona con otro monómero poroso de alto rendimiento. Las redes obtenidas se utilizaron con éxito para la fotopolimerización mediante radicales libres de metilmetacrilato. Después era también posible reciclar los MOP sin una pérdida significativa de actividad. El proyecto FUNMOPS ha hecho una contribución significativa a dos campos, el de los polímeros y el de la catálisis, de gran importancia socioeconómica. Los polímeros orgánicos microporosos reciclables, con altos rendimientos y altas selectividades para reacciones con importancia industrial, mejorarán también la competitividad de numerosos fabricantes cuyos productos dependen de la catálisis.
Palabras clave
Catalizadores, polímeros orgánicos microporosos, polímeros, Knoevenagel, tioxantona
