Catalizadores de cobre soportados en estructuras de quitosano para la obtención de bis(3-indolil)metanos

Abstract

Green chemistry focuses on the designing of products and processes that minimize or eliminate the use and generation of hazardous substances, within its objectives, is to avoid the generation of chemical wastes coming from conventional synthetic methods. One of the strategies to circumvent the production of chemical waste pollutants is to use catalysts. Catalysts are species that can be included in a chemical process to modify the reaction speed without being consumed in the process, once the reaction is finished, the catalysts keep their structure and chemical composition hence theoretically they can be reused. Nevertheless, in practice their recovery and reuse is still a difficult challenge to meet. Particularly, the case of copper which is a versatile metal successfully used as a catalyst in numerous chemical reactions, since it can favor different types of reactions depending on its oxidation state; besides being an excellent conductor of electricity it is cheaper than other metals with catalytic activity. However, the use of copper is undesirable due to difficulty of recovering it from reaction media, which generates toxic waste. An alternative to this end is its immobilization in a catalyst support. Catalyst supports are substances with low activity in the chemical reaction with high surface and facilitates the recovery and reutilization of the catalysts. Chitosan is a biopolymer that offers unique characteristics for this purpose since it is low cost, inert, and has functional groups that allow the interaction and immobilization of metals through the chelation mechanism; likewise, it is easily proccessable to obtain materials with diverse structures and scales favorable to be used as supports.

La química verde se enfoca en el diseño de productos y procesos que minimicen o eliminen el uso y generación de sustancias contaminantes, y dentro de sus objetivos, evitar la generación de desechos provenientes de los métodos sintéticos convencionales. Una de las estrategias para evitar la producción de desechos de esta naturaleza es emplear catalizadores. Los catalizadores son especies que pueden ser incluidas en un proceso químico para modificar la velocidad de la reacción sin ser consumidas en el proceso, al finalizar conservan su estructura y composición química por lo que teóricamente pueden ser reutilizadas. Sin embargo, en la práctica su recuperación y reutilización sigue siendo un reto difícil de conseguir. Particularmente, en el caso del cobre que es un metal versátil empleado exitosamente como catalizador en una gran cantidad de reacciones químicas ya que puede favorecer diferentes tipos de reacciones dependiendo de su estado de oxidación; además de tener un bajo costo y ser un excelente conductor de electricidad, comparado con otros metales con actividad catalítica. No obstante, su empleo es poco deseable debido a la dificultad de su recuperación de los medios de reacción, lo que genera residuos tóxicos. Una alternativa para solucionar este problema es inmovilizarlo en un soporte catalítico sólido. Los soportes catalíticos son sustancias poco activas en la reacción, de gran área superficial y que facilitan la recuperación y reutilización de los catalizadores. El quitosano es un biopolímero que ofrece características únicas para este fin ya que es inerte, de bajo costo y presenta grupos funcionales que permiten la interacción e inmovilización de metales mediante el mecanismo de quelación, además de ser fácilmente procesable para la obtención de materiales con diferentes estructuras y escalas favorables para su uso como soportes.