Trabalho de Sintese Catalisador de Wilkinson

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE JATAÍ

UNIDADE ACADÊMICA DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS

Química Inorgânica

Catalisador de Wilkinson e hidrogenação homogênea

Fabiana Fernandes Silva

Jataí

Setembro 2021

1 – Introdução

        O presente estudo objetiva explicar um processo catalítico muito importante, a catálise homegênea para fins de hidrogenação de alquenos via catálise homegênea por meio do catalisador de Wilkinson, um processo desse tipo é de grande importância industrial, seja na síntese de fármacos em química fina, também na indústria do petróleo em processos de hidrotratamento e alguns tipos de polimerizações, bem como na indústria de alimentos na conversão de óleo vegetais líquidos em gorduras semissólidas.

        Conforme foi mencionado acima, os processos catalíticos são de extrema importância para fins industriais, e por este motivo existem vários tipos de catalisadores e muitos estudos acerca do aperfeiçoamento de processos catalíticos bem como  a síntese de novos catalisadores com o próposito de se realizar catálises com o uso menos energia e de maior eficiência, tanto na taxa de conversão dos reagentes a produtos, ou seja , resultando na obtenção de maiores rendimentos, bem como na velocidade com que a reação se processa.

        Há vários diversos catalisadores e sistemas catalíticos utilizados na indústria atual, um dos principais, senão o principal catalisador e mais conhecido é o catalisador de Wilkinson, tal fato decorre de ser sido o primeiro catalisador a ser utilizado em um sistema de catálise homogênea para a hidrogenação de alcenos, alcinos, aldeídos e acetonas, e que é o precussor de outros catalisadores largamente utilizados nos dias atuais na síntese de fármacos quirais, destacando-se a L-Dopa, um fármaco utilizado no tratamento da doença de Parkinson e também da ambliopia.

2 - Hidrogenação

        Hidrogenação é o processo químico de eliminação de grupos funcionais insaturados pela adição de átomos de hidrogênio. As principais fontes de hidrogênio utilizadas são o hidrogênio molecular (H2) e os hidretos metálicos (por exemplo, o NaBH4). Na Figura 1 são mostradas reações de hidrogenação de uma ligação dupla entre átomos de carbono (olefina) e de uma ligação dupla entre carbono e oxigênio (aldeído ou cetona) (Pinho & Suarez, 2013).

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Figura 1: (a) hidrogenação de uma olefina (alqueno) gerando uma parafina (alcano), (b) hidrogenação de um grupamento funcional cetona gerando um grupamento alcóolico (Pinho & Suarez, 2013).

        Nesse trabalho será abordada a hidrogenação de alquenos, também conhecidos como olefinas, tal reação é largamente utilizada industrialmente na obtenção de alcanos, também conhecidos como parafinas.

        A hidrogenação de alquenos acontece na presença de uma variedade de catalisadores metálicos e organometálicos, há dois tipos de catálise, a catálise heterogénea e a catálise homogénea.

        Catálise heterogénea: é um termo em química que descreve um processo catalítico no qual o substrato é solúvel na mistura reacional, porém o catalisador é insolúvel em tal mistura reacional, esse tipo de processo é característico por ocorrer em sítios específicos na superfície de um catalisador, tal processo é muito comum nos catalisadores automotivos, onde os gases poluentes tais como monóxido de carbono (CO), monóxido de nitrogénio (NO) e dióxido de nitrogénio (NO2) são convertidos a gases menos nocivos ao meio ambiente, como o gás carbônico (CO2) e o gás nitrogênio (N2).

        Catálise homogénea: A catálise homogénea diz respeito a processos catalíticos no qual o catalisador em questão é solúvel na mistura reacional, e este tipo de catálise será abordado com maior enfoque neste trabalho.

        Na hidrogenação homogénea de alquenos, os catalisadores mais comuns nesses processos incluem complexos de ródio e rutênio, dentre os quais se destaca principalmente o catalisador de Wilkinson, conhecido como o cloreto de tris(trifenilfosfina)ródio (l), tal catalisador é um dos mais conhecidos para este tipo de hidrogenação, e também podendo ser considerado um marco na hidrogenação homogénea.

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Figura 2: (a), (b) hidrogenações via catálise heterogénea e (c) hidrogenação homogénea (Solomons & Fryhle, 2012).

        Cabe ressaltar a questão energética de uma reação de hidrogenação de um alqueno, essa reação é exotérmica com ∆H≈ -120 kJ mol-1, e a seguir é apresentado um diagrama de energia livre para a hidrogenação de alqueno:

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Figura 3: Diagrama de energia livre para a hidrogenação de um alqueno na presença de um catalisador e a reação hipotética na ausência de um catalisador (Solomons & Fryhle, 2012).

        Através do gráfico acima, é possível perceber a função do catalisador na hidrogenação de um alqueno, o catalisador é responsável por fazer com que a energia de ativação da reação seja menor, ou seja, torna tal reação mais favorável, mais propícia a ocorrer, isso se deve ao fato de o catalisador fornecer um mecanismo, uma rota mais favorável e geralmente em várias etapas, no qual a reação ocorre à temperatura ambiente e com menores gastos de energia, logo um processo mais eficiente.

3 - Um pouco sobre Geoffrey Wilkinson

        Geoffrey Wilkinson (Imperial College, Londres) compartilhou o prêmio Nobel de Química de 1973 com Ernst Otto Fischer (Munique) pelas realizações em química organometálica. Além do trabalho sobre catalisadores para hidrogenação homogênea, Wilkinson colaborou na determinação da estrutura do ferroceno, bem como em diversos outros aspectos de compostos organometálicos (Carey, 2011).

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Figura 4: Geoffrey Wilkinson (1921-1996)

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Figura 5: Estrutura do Ferroceno, uma das grandes contribuições de Wilkinson