El químico RUDN creó un catalizador para oxidar el ciclohexano de manera más eficiente

Una mezcla de ciclogesanol y ciclogesanona (estos son dos compuestos orgánicos cíclicos que difieren entre sí por un átomo de hidrógeno) es un intermedio importante para producir ácido adípico. Se utiliza para la producción de productos químicos para el hogar, materiales de construcción, aditivos alimentarios, polímeros y otras sustancias. En la producción, el ciclohexanol y la ciclohesanona se obtienen por oxidación del ciclohesano, y generalmente no más del 5% del ciclohesano original se convierte en el producto deseado. Esto se debe a que el ciclogesanol y la ciclogesanona tienen más actividad reactiva que su predecesor.

«La oxidación del ciclohexano a ciclohexanona y ciclohexanol es un proceso industrial importante. Estas moléculas son intermedios clave en la producción de caprolactama y ácido adípico, que se utilizan en la síntesis de polímeros de nylon-6 y nylon-66. La conversión industrial de la matriz suele ser inferior al 5%, ya que los productos objetivo son más activos en comparación con el reactivo», Rafael Luque, profesor Del centro de diseño molecular y síntesis de compuestos innovadores para la medicina RUDN.

El químico RUDN, junto con colegas de Irán y España, creó un catalizador 4.0% Pd-4.0% Ni/kit-6 basado en dos metales: paladio y níquel, que se fijan en una estructura porosa de sílice. Los químicos probaron catalizadores con diferentes contenidos de paladio y níquel, y realizaron una serie de experimentos para encontrar las condiciones óptimas de reacción. Luego, los investigadores probaron cuántas veces se podría usar el nuevo catalizador sin perder eficiencia.

El más eficiente resultó ser un catalizador con 4% de paladio y 4% de níquel. La reacción de oxidación del ciclohexano con dicho catalizador se produce bajo la acción del oxígeno a 140℃ en una solución de acetonitrilo. En ocho horas de reacción, el 10,87% del ciclohexano se oxida y la selectividad alcanza el 95,45%. Este criterio se aplica para evaluar la eficacia de la reacción y muestra la relación del producto objetivo con todos los compuestos obtenidos durante la reacción. En condiciones óptimas, solo el 4,55% de los subproductos se forman. Cuando se reutiliza, la eficiencia del catalizador disminuye, pero no mucho. Durante los cuatro ciclos de uso, la tasa de conversión (la cantidad de ciclohexano oxidado) cayó de 10,87% a aproximadamente 8%.

«4,0% Pd-4,0% Ni/KIT-6 demostró ser un catalizador eficaz para la oxidación del ciclohexano a ciclohexanol y ciclohexanona, mostró una excelente selectividad (95,45%) y un buen rendimiento (10,37%) para la mezcla de ciclohesanol-ciclohesanona en condiciones de reacción óptimas. La interacción sinérgica de los dos metales en el catalizador aumentó significativamente tanto el rendimiento de la mezcla resultante como la selectividad. Los estudios sobre la posibilidad de reutilizar el nuevo catalizador durante cuatro ciclos de reacción mostraron que este material mantuvo su estructura porosa. Esto sugiere una estabilidad superior sin una reducción significativa en los valores de conversión y selectividad después de cuatro ciclos», Rafael Luque, profesor del centro de diseño molecular y síntesis de compuestos innovadores para la medicina RUDN.

Los resultados se publican en el Journal of Industrial and Engineering Chemistry.