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Catalisadores de metais de transição

Exemplos de metais de transição (ferro, prata, irídio, ródio, paládio e níquel) em catalisadores de metais de transição.

O campo da catálise é uma área ampla e variada que procura simular a função refinada das enzimas, os catalisadores da natureza. Catalisadores de metais de transição têm a capacidade de prontamente ceder ou receber elétrons de outras moléculas, o que os torna excelentes catalisadores. Uma característica interessante da catálise é que a espécie catalítica não é consumida durante a transformação química. A catálise por metais pode ainda ser subdividida em dois tipos, catálise metálica heterogênea e catálise metálica homogênea. Dentro do campo da química de metais de transição, existem diversas classes de transformações que se tornaram prevalentes na química sintética e cada vez mais na química não-sintética. Esses métodos receberam os nomes dos laboratórios nos quais foram desenvolvidos e incluem, entre outros: Stille, Buchwald–Hartwig, Negishi, Heck, Miyaura–Suzuki e Sonogashira.

Nós fornecemos uma grande variedade de catalisadores e metais que são de importância cada vez maior para químicos orgânicos sintéticos. Nosso extenso portfólio de catalisadores de metais de transição abrange a maior parte do bloco de metais de transição. Alguns dos catalisadores de metais de transição mais importantes são descritos a seguir.



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Catalisadores de titânio

Oferecemos complexos de titânio com diversos ligantes orgânicos para a formação de catalisadores de titânio úteis para síntese orgânica. Por exemplo, o CpTiCl3 foi usado como um catalisador de titânio eficaz em reações de formação do anel de heterociclos em temperatura ambiente. A conversão de olefinas deficientes em elétrons em diastereoisômeros puros de 7-hidroxi-norbornenos e acrilatos de metila em derivados do norborneno altamente substituídos utiliza dicloreto de titanoceno e dicloreto de bis(metilciclopentadienil)-titânio como os catalisadores de titânio.

A catálise por vanádio é a segunda maior aplicação do vanádio após o seu uso como um aditivo para melhorar a produção de aço. Um catalisador de vanádio é capaz de ativar de modo eficaz peróxidos e oxidar seletivamente substratos como brometos, sulfetos e alcenos. Foi demonstrado que esses catalisadores podem transferir de modo eficaz átomos de oxigênio para um substrato que seja sinteticamente útil para a obtenção de moléculas oxidadas valiosas em reações de larga escala com um alto grau de seletividade. Além disso, catalisadores de vanádio são eficazes na catálise da polimerização de olefinas. Óxidos de vanádio podem ser aplicados aos padrões de emissões para veículos e à dessulfuração do petróleo bruto. Ademais, o uso de oxidantes ecológicos, por ex., hidroperóxido de hidrogênio e de alquila, aumenta significativamente o potencial de aplicações dos catalisadores de vanádio em nível industrial.

Ferro e compostos de ferro têm uma distribuição ampla na natureza e podem atuar como reagentes ou catalisadores. Por exemplo, o cloreto férrico e o brometo de ferro (III) vem sendo usados há muito tempo como catalisadores de ferro ácidos de Lewis na reação clássica de substituição eletrofílica de compostos aromáticos. Complexos de ferro com ligantes orgânicos são especialmente interessantes e podem atuar como catalisadores de ferro ecologicamente corretos para uma série de transformações. Para ilustrar este ponto podemos citar o papel muito importante desempenhado pela catálise por ferro no estudo oportuno do processo de desidrogenação de amônia-borano, uma vez que a amônia-borano (NH3:BH3, AB) é um importante material de armazenamento de hidrogênio.

Por serem econômicos e ecológicos, catalisadores de cobalto atraíram muito interesse para o uso em acoplamento cruzado. Catalisadores de cobalto são reagentes altamente ativos, amplamente usados na síntese eficaz e seletiva de medicamentos, produtos naturais e novos materiais. Foi demonstrado que esses catalisadores possuem uma reatividade mais alta para diversas formações de ligações carbono-carbono (C-C). A catálise por cobalto com sais de cobalto exibe uma boa tolerância a grupos funcionais, condições brandas de reação e uma alta quimiosseletividade quando comparada ao paládio e ao níquel, os catalisadores mais utilizados no acoplamento cruzado catalisado por metais. São possíveis diversas novas reações de catálise por cobalto mediadas por diversos reagentes organometálicos com haletos de vinila, alquila ou arila.

A catálise por níquel desempenha um papel central em muitas transformações sintéticas, que abrangem desde acoplamento cruzado, no qual são formados ligações carbono-carbono, até a redução de ligações de carbono ricas em elétrons usando catalisadores de níquel de Raney. Esses catalisadores de níquel abrangem diversos estados de oxidação: níquel (0), níquel (II), níquel (III) e níquel (IV). Os tipos de catalisadores de Ni disponíveis para compra imediata são as ligas de alumínio-níquel (Al-Ni), hidratos de amônio-níquel, (ciclooctadieno)Ni, haletos de Ni (cloretos, brometos, fluoretos e iodetos), ciclopentadienilas de Ni, níquel metálico, acetilacetonatos (acacs) de níquel e catalisadores de Níquel de Raney, que são produtos da W.R. Grace and Company.

Os catalisadores de cobre são úteis para condições mais brandas de reação e apresentam excelentes rendimentos, no entanto, essas reações químicas são lentas e requerem altas temperaturas. Dentre as reações mediadas por metais de transição para formar ligações carbono-carbono e ligações carbono-heteroátomos, a catálise por cobre é utilizada em reações de Ullmann, reações de Diels-Alder, expansões de anéis, acoplamento de Castro-Stevens, a reação de Kharasch–Sosnovsky e uma variante notável da cicloadição 1,3-dipolar de Huisgen que utiliza um catalisador de Cu(I) desenvolvido independentemente por Meldal e Sharpless. Esta reação conhecida como cicloadição azida-alcino catalisada por cobre (I) (CuAAC) gera um triazol à partir de um alcino terminal e uma azida.

A catálise de ligações carbono-carbono e ligações carbono-heteroátomo é de importância central para a química sintética e a síntese de compostos farmacológicos, materiais e biológicos. O uso de solventes e ligantes orgânicos como aditivos para reações de acoplamento cruzado catalisado por cobre pode melhorar o rendimento das reações e utilizar condições mais brandas. Nós fornecemos catalisadores de cobre eficientes e pré-catalisadores, bem como componentes de estrutura metalorgânica (MOF, do inglês Metal Organic Framework) contendo cobre.

A catálise por zinco possui ampla aplicabilidade na química sintética e na síntese orgânica. Um catalisador de cloreto de zinco, que atua como um ácido de Lewis moderado, pode catalisar síntese de indóis de Fischer para a conversão de aril-hidrazonas em indóis e também a reação de acilação de Friedel-Crafts para gerar produtos monoacilados à partir de arenos e cloretos de acila. Além do ZnCl2, um catalisador de óxido de zinco pode ser útil em diversas conversões catalíticas. Oferecemos outros catalisadores de zinco, como vários haletos de zinco que catalisam reações estereoespecíficas ou com regiosseletividade. Além de suas propriedades catalíticas, nossos compostos de zinco também têm aplicações na ciência de materiais, em pontos quânticos quimioluminescentes e em nanomateriais. Nossos compostos de zinco também podem ser usados como materiais de partida para o preparo de reagentes de zinco orgânico usados no acoplamento de Negishi.

A reação de carboaluminação assimétrica catalisada por zircônio (ZACA), que foi desenvolvida pelo ganhador do prêmio Nobel Ei-ichi Negishi, é possivelmente um dos exemplos mais conhecidos dentre as aplicações comuns de catalisadores de zircônio. A reação ZACA possibilita a funcionalização quiral de alcenos com agentes de orgnoalumínio, catalisada por um catalisador de bis(indenil)zircônio quiral. Outro catalisador de zircônio importante é o dióxido de zircônio ou zircônia. A lista de aplicações do catalisador de zircônia em catálise heterogênea está aumentando rapidamente. Algumas dessas aplicações incluem: decomposição de óxido nítrico, redução de ácidos carboxílicos em aldeídos, desidratação seletiva de álcoois secundários em alcenos terminais e hidrogenação de monóxido de carbono em isobutano.

Transformações oxidativas seletivas de diversos grupos funcionais com oxidantes ecologicamente corretos e de fácil acesso podem ser facilmente realizadas com o uso de um catalisador de rutênio apropriado. A catálise por rutênio pode ser uma ferramenta muito poderosa na química sintética para a catálise seletiva de transformações oxidativas como: epoxidação assimétrica de alcenos, geração de espécies de dioxigênio, di-hidroxilação de olefinas e desidrogenação oxidativa de álcoois.

A catálise por rutênio também é amplamente utilizada em reações de metátese, com os catalisadores de Grubbs sendo os mais conhecidos na área de metátese de olefinas. A popularidade disseminada dos catalisadores de Grubbs se deve à sua alta tolerância a vários grupos funcionais e sua alta estabilidade no ar e em diversos solventes.

Os catalisadores de ródio demonstraram ser promotores adequados da ativação de ligações de carbono-hidrogênio (C-H), o que surgiu como uma ferramenta desafiadora e atraente para a catálise. A catálise por ródio vem atraindo cada vez mais interesse no que diz respeito ao acoplamento cruzado desidrogenativo, permitindo a construção elegante de ligações C-C. Apesar de o paládio ter sido o metal escolhido para a maioria dos exemplos, catalisadores de ródio também podem ser promotores adequados para essa ativação. O uso de catalisadores de ródio permite acessar acoplamentos importantes, como arilo-arilo, arilo-alceno e alceno-alceno, como rotas viáveis para estruturas orgânicas valiosas.

A capacidade de realizar ajustes finos nas condições das reações (temperatura, solventes, ligantes, bases e outros aditivos) realizadas com catalisadores de paládio torna este catalisadores uma ferramenta extremamente versátil na síntese química orgânica. Além disso, os catalisadores de paládio têm uma tolerância muito alta a vários grupos funcionais e frequentemente são capazes de oferecer estereospecificidade e regioespecificidade excelentes, o que ajuda a evitar a necessidade de se introduzir grupos protetores. Esse grupo altamente versátil de catalisadores é conhecido por reações de formação de ligações de carbono (principalmente C-C, C–O, C–N e C–F), como: acoplamento de Heck, acoplamento de Suzuki, acoplamento de Stille, acoplamento de Hiyama, acoplamento de Sonogashira, acoplamento de Negishi e aminação de Buchwald-Hartwig, entre outras.

Na catálise heterogênea, catalisadores de paládio, como o catalisador de Lindlar (ou paládio de Lindlar), são altamente eficientes na facilitação de hidrogenações seletivas, o que inclui a conversão de ligações triplas em ligações duplas do tipo cis, mono-hidrogenação de poliolefinas e a hidrogenação de azidas em aminas.

Convidamos você a explorar o nosso portfólio extenso de catalisadores de paládio homogêneos e heterogêneos altamente versáteis. Para uma maior conveniência na purificação e limpeza pós-reação, também incluímos uma seleção de catalisadores de Pd com suporte, além de uma linha de catalisadores de Pd Encat® recicláveis e imobilizados, que são adequados para diversas reações de formação de ligações e de hidrogenação/redução.

Nosso portfólio tem uma grande variedade de catalisadores de prata de alta qualidade para catálise por metais de transição em síntese orgânica. A catálise por prata é frequentemente usada devido ao alto poder de oxidação dos complexos de prata e ao seu alto potencial de oxidação, além de servirem como ativadores de prata, melhorando a eletronegatividade de outros catalisadores, como o ouro. Tanto a síntese orgânica quanto a inorgânica se beneficiam do potencial de oxidação estequiométrica dos compostos de prata. Transformações orgânicas homogêneas catalisadas por prata evidenciam a química redox única da prata, que é capaz de catalisar reações com alta estereosseletividade e regiosseletividade. Os catalisadores de prata são mediadores eficazes da formação de ligações intermoleculares e também de ligações intramoleculares. Processos heterogêneos que envolvem catalisadores de prata incluem a redução de NOx e a oxidação catalítica de monóxido de carbono (CO) em dióxido de carbono (CO2). Sais de prata (I) podem ser usados em várias reações de adição nucleofílica catalisadas por prata e em transformações orgânicas. O alto potencial oxidativo associado aos íons de Ag tornam a catálise por prata, bem como os complexos e ligantes de prata significativos na síntese química.

Oferecemos catalisadores de platina eficientes, por ex., dióxido de platina, também chamado de catalisador de Adams, que é usado para a hidrogenação de vários grupos funcionais e desidrogenação em síntese orgânica. A platina preta, o catalisador de Pt ativo, é formada durante a reação. A utilização da catálise por platina em alcinos resulta em adição sin, formando um cis-alceno. Duas das transformações mais importantes que usam catalisadores de platina incluem a hidrogenação de compostos nitrogenados em aminas e de cetonas em álcoois. Em particular, reduções de alcenos podem ser realizadas com o catalisador de Pt, catalisador de Adams, na presença de grupos nitrogenados, sem reduzir esses grupos. O uso de catalisadores de platina é preferível em relação a catalisadores de paládio para minimizar a hidrogenólise, quando se realiza a redução de compostos nitrogenados em aminas. Esse catalisador de Pt também é usado para a hidrogenólise de ésteres de fosfato fenílicos, uma reação que não ocorre com os catalisadores de paládio.

Antes da década de 1980, considerava-se que o ouro possuía pouca atividade catalítica. Inovações lideradas por F. Dean Toste (Universidade da Califórnia, Berkeley) e outros impulsionaram o uso do ouro para a vanguarda da catálise por metais de transição. Os complexos de outro (I) ligados à fosfina, em especial, emergiram recentemente como poderosos catalisadores da formação de ligações C-C, capazes de realizar diversas reações em condições brandas. A lista de reações de construção de ligações C-C úteis inclui as ciclopropanações, isomerização de eninas, rearranjos de Rautenstrauch, reações eno e expansões de anéis. Tipicamente, o sistema catalisador depende de um complexo de cloreto de ouro (I) fosfina combinado com um cocatalisador de sal de prata para gerar as espécies ativas in situ.

Seja qual for a sua aplicação em catálise orgânica ou organometálica, nós temos exatamente o catalisador de metais de transição de que você precisa.