Karen Ila Goldberg es una química estadounidense, actualmente profesora Vagelos de Investigación Energética en la Universidad de Pensilvania . [1] Goldberg es más conocida por su trabajo en química inorgánica y organometálica . Su investigación más reciente se centra en la catálisis , particularmente en el desarrollo de catalizadores para la oxidación, así como en la síntesis y activación del oxígeno molecular. [1] En 2018, Goldberg fue elegida miembro de la Academia Nacional de Ciencias . [2]
Karen Goldberg recibió su título de AB en Química en 1983 del Barnard College de la Universidad de Columbia . Su investigación de pregrado incluyó trabajo con los profesores Roald Hoffmann y Stephen Lippard en la Universidad de Cornell y la Universidad de Columbia respectivamente, así como con los doctores Tom Gradel y Steven Bertz en AT&T Laboratories. Obtuvo su doctorado en Química en 1988 con el profesor Robert Bergman en la Universidad de California en Berkeley . Completó un año postdoctoral con el profesor Bruce Bursten en la Universidad Estatal de Ohio antes de convertirse en miembro de la facultad de la Universidad Estatal de Illinois en 1989. En 1995, Goldberg comenzó en la Universidad de Washington como profesora asistente de Química, y se le otorgó la titularidad y fue promovida a profesora asociada en 2000, y a profesora en 2003. [3] En 2017, Goldberg trasladó su grupo de investigación a la Universidad de Pensilvania , donde es profesora Vagelos de Investigación Energética en el departamento de química. [1] [4]
Los intereses de investigación de Goldberg incluyen la comprensión del mecanismo y la aplicación de catalizadores en reacciones organometálicas fundamentales. Esto culmina en un objetivo de diseñar productos químicos y combustibles más eficientes, más baratos y más ecológicos a partir de una variedad de materias primas, como los alcanos. Uno de esos procesos que Goldberg ha ayudado a desarrollar es la deshidrogenación de borano de amoniaco utilizando un catalizador de pinza de iridio, una reacción que tuvo lugar en condiciones suaves a altas velocidades con una regeneración eficiente del catalizador. [5]
Hace más de treinta años, Shilov descubrió la oxidación selectiva de alcanos en presencia de metales a base de platino. Esto era poco práctico porque requería un oxidante estequiométrico además del metal catalítico Pt(II), lo que llevó a Goldberg a investigar más a fondo la activación del enlace CH, la oxidación y la formación del enlace C-heteroátomo, lo que condujo al desarrollo de productos más prácticos. En estudios recientes sobre el uso de alcanos, Goldberg ha investigado la funcionalización de alcanos a través de reacciones de oxidación utilizando catalizadores a base de platino. [6]
Los complejos de metilo de Pt(II) son intermediarios clave tanto en el sistema de oxidación de metano de Shilov como en los sistemas de oxidación catalítica de metano de Pt más recientes. La investigación de Goldberg involucra la formación de alcoholes a partir de alcanos utilizando platino u otros catalizadores de metales tardíos, incluidos el rutenio, el iridio y el rodio. Como resultado, su investigación descubrió un método para utilizar una familia de complejos de diamina de Ru(II) como precatalizador para proporcionar selectividad y alta conversión de aldehídos a ácidos carboxílicos sobre la reacción competitiva de desproporción de aldehídos. [7]
El hidruro de litio y aluminio se ha utilizado ampliamente como un reactivo reductor fuerte. Sin embargo, es difícil reducir los grupos carbonilo estabilizados por resonancia presentes en ésteres y lactonas a alcoholes. Fue entonces cuando su grupo de investigación tuvo la idea de la hidrogenación de ésteres y lactonas para formar alcohol utilizando complejos catalizados por metales sin bases. El catalizador que dio lugar a un alto rendimiento de ésteres de formato es un complejo de bipiridina de iridio en semisándwich. Los mismos complejos de semisándwich de iridio y rodio se utilizaron como catalizadores competentes para hidrogenar ácidos carboxílicos en condiciones relativamente suaves. El mecanismo detrás de esta reacción implica la transferencia de hidruro del catalizador al ácido fórmico como parte principal de la reacción. [8]
A través del Centro para la Habilitación de Nuevas Tecnologías a través de la Catálisis (CENTC), [9] Goldberg también contribuyó a encontrar métodos para activar enlaces fuertes como CH, CC, CO, CN y NH. A través de esto, el grupo de investigación de Goldberg descubrió cómo funcionalizar estos enlaces una vez que se activan a través de la adición oxidativa y la eliminación reductora. Esta investigación proporcionó mecanismos detallados, intermediarios y barreras cinéticas para estos procesos catalíticos. [6]
Reconociendo la importancia de los productos anti-Markovnikov lineales , la investigación de Goldberg se centra en el descubrimiento de catalizadores de metales de transición que ayudan en la catálisis de la hidroaminación anti-Markovnikov de alquenos. En una de sus publicaciones, presenta un método para catalizar la hidroarilación de alquenos no activados utilizando complejos de Pt(II) con ligandos de pirrolida asimétricos. La selectividad se proporcionó utilizando benceno y 1-hexeno y un catalizador optimizado. El resultado fue la producción de una alta concentración de olefinas utilizando propileno como sustrato. [10]
La mayor parte de su investigación sobre el tema ha implicado estudios experimentales de reacciones de eliminación reductora y adición oxidativa que involucran moléculas que contienen carbono con el fin de obtener información sobre las coordenadas de reacción de tales procesos. Sus estudios posteriores sobre el uso de catalizadores basados en platino para las eliminaciones reductoras de productos de alcanos también han incluido caracterizaciones cristalográficas de complejos de platino y de intermediarios seleccionados para determinar el mecanismo de tales reacciones. [11]
Los intereses de investigación de Goldberg también incluyen el aprovechamiento del oxígeno molecular como oxidante selectivo en la catálisis. Como el oxígeno molecular está fácilmente disponible y es ambientalmente benigno, el grupo de Goldberg, junto con otros grupos de investigación involucrados en el CENTC, han intentado comprender mejor la reactividad del oxígeno y activarlo para utilizarlo a su máxima capacidad. La investigación actual ha tenido como objetivo comprender cómo ocurren las reacciones entre los complejos de metales de transición y el oxígeno. Goldberg ha investigado recientemente la inserción de oxígeno molecular en enlaces paladio- hidruro , con resultados que sugieren que esta reacción de inserción no involucra mecanismos de cadena radical . [12] Esta investigación de las capacidades del oxígeno para insertarse en enlaces paladio-hidruro se ha ampliado con el estudio de la reactividad general del oxígeno molecular con metales de transición media a tardía, como el platino. [13] Esta contribución a la comprensión del método de reacción del oxígeno molecular con el paladio y otros metales de transición puede conducir a un mayor desarrollo y perfeccionamiento del oxígeno molecular como oxidante selectivo.
Las investigaciones posteriores de Goldberg sobre el estudio de las reacciones catalizadas por metales de transición ponen un énfasis adicional en los ligandos de complejos metálicos . Publicaciones recientes han informado que los sustituyentes gem -dialquilo en complejos metálicos basados en platino se pueden utilizar para determinar el mecanismo de la vía de reacción y si el mecanismo incluye la apertura de quelatos . [14] Los sustituyentes gem -dialquilo se han utilizado en el pasado para reconocer propiedades termodinámicas de sistemas químicos, aunque estudios recientes han impulsado esos descubrimientos también a la comprensión de los sistemas cinéticos . La investigación de Goldberg sobre los efectos de estos tipos de sustituyentes en ligandos bidentados y cómo estos efectos cambian los mecanismos y las tasas de reacciones de eliminación reductora ha ayudado a avanzar en las mejoras de la catálisis inorgánica y orgánica basada en metales de transición.
Entre sus reconocimientos se incluyen:
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