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Cromita de cobre

El término cromita de cobre se refiere a menudo a compuestos inorgánicos con la fórmula Cu 2 Cr 2 O x . Son sólidos negros. Cu 2 Cr 2 O 4 es un material bien definido. La otra cromita de cobre se describe a menudo como Cu 2 Cr 2 O 5 . Se utiliza para catalizar reacciones en química orgánica . [3]

Historia

El cromito de cobre fue descrito por primera vez en 1908. [4] El catalizador fue desarrollado posteriormente por Homer Burton Adkins y Wilbur Arthur Lazier, basándose en parte en las preguntas a los químicos alemanes después de la Segunda Guerra Mundial en relación con el proceso Fischer-Tropsch . [5] [6] Por esta razón, a veces se lo denomina catalizador de Adkins o catalizador de Lazier . Adkins fue el primero en incorporar bario a la estructura, lo que evita que el catalizador se reduzca a una forma inactiva durante las reacciones de hidrogenación. [7]

Estructuras químicas

La estequiometría del catalizador de Laziar o Adkins no está bien definida, por lo que la estructura de su material tampoco está definida. [8]

Los estados de oxidación de los metales constituyentes de Cu 2 Cr 2 O 4 son Cu (II) y Cr (III). [9] Se reconocen diversas composiciones para la sustancia, entre ellas Cu 2 CrO 4 ·CuO·BaCrO 4 ( CAS n.° 99328-50-4), Cu 2 Cr 2 O 5 (CAS n.° 12053-18-8) y Cr 2 CuO 4 . [10] Las muestras comerciales a menudo contienen óxido de bario y otros componentes.

Producción

Los catalizadores de cromita de cobre se producen por descomposición térmica de diversos precursores. El método tradicional es la calcinación del cromato de cobre: ​​[11]

2CuCrO4 2CuCrO3 + O2

El cromato de cobre, bario y amonio es la sustancia más utilizada para la producción de cromita de cobre. La mezcla de cromita de cobre resultante producida por este método solo se puede utilizar en procedimientos que contengan materiales inertes al bario , ya que el bario es un producto de la descomposición del cromato de cobre, bario y amonio y, por lo tanto, está presente en la mezcla resultante. El óxido de cobre resultante se elimina mediante una extracción con ácido acético , que consiste en lavar con el ácido, decantar y luego secar con calor el sólido restante para producir cromita de cobre aislada. La cromita de cobre se produce mediante la exposición del cromato de cobre, bario y amonio a temperaturas de 350-450 °C, generalmente mediante un horno de mufla : [5]

Licenciado en Letras
2
Cu
2
(NUEVA HAMPSHIRE
4
)
2
(CrO
4
)
5
CrCuO
3
+ CuO + 2 Ba + 4 H
2
O
+4Cr+ N
2
+ 6 O
2

El cromato de cobre y amonio también se utiliza para la producción de cromita de cobre. Generalmente se utiliza como una alternativa a la ruta del cromato de bario y amonio para su uso en productos químicos reactivos con el bario. Este también se puede lavar con ácido acético y secar para eliminar las impurezas. La cromita de cobre se produce mediante la exposición del cromato de cobre y amonio a temperaturas de 350-450 °C:

Cu(NH
4
)
2
(CrO
4
)
2
CrCuO
3
+CrO+ 4H
2
O
+ N
2

Se puede preparar un catalizador de cromita de cobre activa que incluye bario en su estructura a partir de una solución que contiene nitrato de bario , nitrato de cobre (II) y cromato de amonio . Cuando se mezclan estos compuestos se forma un precipitado resultante. Luego, este producto sólido se calcina a 350–400 °C para obtener el catalizador: [11]

Cu(NO 3 ) 2 + Ba(NO 3 ) 2 + (NH 4 ) 2 CrO 4 → CuCr 2 O 4 ·BaCr 2 O 4

Reacciones ilustrativas

Conversión de éster dimetílico de ácido sebácico a ciclodecanodiol mediante condensación de acilo seguida de hidrogenación utilizando un catalizador de cromita de cobre.
RCO2CH3 + 2H2RCH2OH + HOCH3

En algunos casos, los grupos alqueno están hidrogenados.

Las reacciones que involucran hidrógeno se llevan a cabo a una presión de gas relativamente alta (135 atm ) y altas temperaturas (150–300 °C) en una llamada bomba de hidrogenación . Los catalizadores más activos, como el níquel Raney de grado W-6 , también catalizan hidrogenaciones como las reducciones de ésteres . El último catalizador se beneficia de requerir condiciones menos vigorosas (es decir, funciona a temperatura ambiente bajo presiones de hidrogenación similares) pero requiere una mayor proporción de catalizador a reactivos . [12]

Véase también

Referencias

  1. ^ Dollase, WA; O'Neill, H. St. C. (1997). "Las espinelas CuCr 2 O 4 y CuRh 2 O 4 ". Acta Crystallographica Sección C Estructura cristalina Comunicaciones . 53 (6): 657–659. Bibcode :1997AcCrC..53..657D. doi :10.1107/S0108270197000486.
  2. ^ abc Guía de bolsillo del NIOSH sobre peligros químicos. "#0150". Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH).
  3. ^ Cladingboel, DE "Cromita de cobre" en Enciclopedia de reactivos para síntesis orgánica 2001 John Wiley & Sons. doi :10.1002/047084289X.rc221
  4. ^ Gröger, Max (1912). "Cromita aus basicchen Chromaten". Zeitschrift für Anorganische Chemie . 76 : 30–38. doi :10.1002/zaac.19120760103.
  5. ^ ab Adkins, Homer; Burgoyne, Edward; Schneider, Henry (1950). "El catalizador de óxido de cobre y cromo para la hidrogenación". Revista de la Sociedad Química Americana . 72 (6): 2626–2629. doi :10.1021/ja01162a079.
  6. ^ Archivo Fischer-Tropsch
  7. ^ Connor, Ralph.; Folkers, Karl.; Adkins, Homer. (mayo de 1931). "LA PREPARACIÓN DE CATALIZADORES DE ÓXIDO DE COBRE-CROMO PARA LA HIDROGENACIÓN". Revista de la Sociedad Química Americana . 53 (5): 2012–2012. doi :10.1021/ja01356a511.
  8. ^ Capece, FM; Castro, V.Di; Furlani, C.; Mattogno, G.; Fragale, C.; Gargano, M.; Rossi, M. (1982). "Catalizadores de "cromita de cobre": elucidación de la estructura XPS y correlación con la actividad catalítica". Revista de espectroscopia electrónica y fenómenos relacionados . 27 (2): 119–128. Bibcode :1982JESRP..27..119C. doi :10.1016/0368-2048(82)85058-5.
  9. ^ Prince, E. (1957). "Estructura cristalina y magnética de la cromita de cobre". Acta Crystallographica . 10 (9): 554–556. Código Bibliográfico :1957AcCry..10..554P. doi : 10.1107/S0365110X5700198X .
  10. ^ ab Rylander, Paul N. (2000). "Hidrogenación y deshidrogenación". Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry . doi :10.1002/14356007.a13_487. ISBN 3-527-30673-0.
  11. ^ ab Lazier, WA; Arnold, HR (1939). "Catalizador de cromita de cobre". Síntesis orgánicas . 19 : 31. doi :10.15227/orgsyn.019.0031.
  12. ^ ab Blomquist, AT; Goldstein, Albert (1956). "1,2-Ciclodecanodiol". Síntesis orgánicas . 36 : 12. doi :10.15227/orgsyn.036.0012.
  13. ^ Kaufman, Daniel; Reeve, Wilkins (1946). "1,5-Pentanediol". Síntesis orgánicas . 26 (83). doi :10.15227/orgsyn.026.0083.
  14. ^ Buckles, Robert; Wheeler, Norris (1953). "cis-Estilbeno". Síntesis orgánicas . 33 : 88. doi :10.15227/orgsyn.033.0088.

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