Sintetizar compuestos orgánicos a bajo coste

Los catalizadores a base de metales para la producción de compuestos que contienen carbono son una aplicación importante de la síntesis de compuestos químicos organometálicos. La tendencia actual es la de sustituir los metales preciosos por catalizadores más abundantes y rentables, y un buen ejemplo de ello es el hierro.

Tecnologías industriales

Gracias al uso de metales preciosos como paladio, oro, iridio y rodio como catalizadores se han logrado importantes avances en la síntesis de compuestos orgánicos. No obstante, los metales preciosos son de los elementos más escasos y costosos en la Tierra. En algunas reacciones también es posible utilizar estaño, pero se trata de un elemento tóxico que puede ser perjudicial para el medio ambiente. El estudio de los procesos naturales de formación de moléculas que aprovechan la reactividad de los metales más abundantes para producir compuestos de carbono puede servir a la química sintética. Dentro del marco del proyecto financiado por la Unión Europea «Redox ligands and iron complexes for sustainable catalysis» (FESUSTCAT) se investigaron los catalizadores a base de hierro para diferentes tipos de reacciones importantes. Seguramente los compuestos orgánicos más variados y abundantes son los compuestos heterocíclicos, cíclicos y los que contienen dos o más tipos de átomos diferentes. Los científicos estudiaron la actividad de un conocido catalizador de hierro en las reacciones de cicloisomerización, en las que un compuesto se transforma en otro que contiene los mismos átomos pero cuya configuración es diferente. En esta reacción se estudió también el potencial de nuevos tipos de catalizadores de hierro. Se desarrollaron catalizadores de hierro novedosos y se caracterizó su actividad en reacciones con radicales. Se pusieron a punto algunos métodos para el uso de estos catalizadores a base de hierro en reacciones reductivas de ciclación vía radicales y reacciones de adición de radicales por transferencia de átomos. La ciclación vía radicales consiste en la formación de estructuras cíclicas utilizando como intermediarios radicales libres muy reactivos. La adición de radicales por transferencia de átomos es una posible reacción de formación de enlaces carbono-carbono nuevos con una eficiencia atómica del 100 % con un catalizador metálico. Ambas reacciones son importantes para el sector industrial. Se estudió hierro benigno para el medio ambiente y se desarrollaron catalizadores viables para estas reacciones. Gracias a esta investigación se demostró el valor del hierro como sustituto del estaño tóxico en las reacciones con radicales y fue posible comprender mejor las condiciones de reacción necesarias para la catálisis a base de hierro. El uso del hierro en el futuro podría mejorar la seguridad y disminuir los costes asociados a las vías de síntesis de compuestos heterocíclicos, lo cual tendría consecuencias importantes para la economía de la Unión Europea.