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Síntesis de Ácido Acético (Proceso Monsanto) El Proceso Monsanto es un importante método para la producción de ácido acético. El principal ciclo catalítico del proceso Monsanto es el que se ilustra en la fgura 1.0. 1.0. En las condicio condiciones nes normal normales es de operac operación ión,, el paso paso que deter determin mina a la velocidad es la adición oxidativa oxidativa de iodometano al compleo coordinativamente insatu insaturad rado o de 1! electr electrone ones s "#$% "#$% &'()*&+ 'a*, 'a*, resul resultan tando do el compl compleo eo de 1 electrones "' /(*#$%/'()*&+ '*. este paso le sigue la inserción migratoria de (), (), dand dando o un comp comple leo o de 1- elec electr tron ones es 'd*, 'd*, que elim elimin ina a ento entonc nces es,, redu reduct ctiv ivam ament ente, e, iodu ioduro ro de acet acetil ilo o con con rege regene nera raci ción ón de "#$% "#$% &'()*&+ . cont contin inua uaci ción ón,, el agua agua $idr $idrol oli2 i2a a el iodu ioduro ro de acet acetil ilo o a ácid ácido o acét acétic ico o 3 se regenera %4 (/()% 5 &) 6 (/()) 5 %
FIG FIGURA URA !"
9no 9no de los ciclos del mecani mecanismo smo propu propuest esto o para para la conv convers ersió ión n de metanol 3 () en ácido ácido acético, acético, catali2a catali2ada da por comp comple leos de rodio dio :os: :os:an ano o. El iodu iodurro de acet acetil ilo o prod produc ucid ido o en este este cicl ciclo o se $idr $idrol oli2 i2a a dando ácido acético.
Obtención de Ácido Acético según el Proceso Monsanto ctualmente se otienen alrededor de un millón de toneladas anuales de ácido acét acétic ico o a part partir ir de la car caron onil ilac ació ión n de meta metano nol, l, que que se prod produc uce e con con rendimientos superiores al 778 cuando se utili2a un catali2ador de rodio. El rodio puede ser introducido en el sistema como #$(l / o como #$(l'()*'PP$ /*&.
Pero el catali2ador activo es "#$ 1%&'()*&+ . El e:ecto neto del catali2ador es producir la activación del enlace () del metanol 3 :acilitar la inserción del (). Para que se produ2ca la caronilación de equilirio del Me%, que pierde adicionarse oxidativamente al metal en el paso limitante del ciclo.
9na ve2 se $a :ormado el compleo de metilrodio, se produce la inserción migratoria de () :ormándose un ioduro de acetilrodio. ;a eliminación reductiva del ioduro de acido completa el ciclo. El ioduro de acilo lire se $idroli2a con el metanol para dar el acetato de metilo, que fnalmente se puede convertir en ácido acético al reaccionar con agua. El ácido acético resultante se puede otener por completo a partir del gas de agua. En una reacción mu3 relacionada con la que se acaa de descriir, el (/())Me se puede caronilar para :ormar an$ídrido acético '( /()*&. El proceso Monsanto de otención de ácido acético está sustitu3endo el método antiguo de otención que sigue el proceso
r, que tamién se da en la reacción con un caronilo coordinado que se muestra en la ecuación.
;os metales situados a la derec$a del loque d tamién muestran capacidad para reducir (). ;a Ec. 1&.11 muestra uno de los primeros eemplos que se conocen, cu3o mecanismo no se comprendió al principio, pero gracias a traaos recientes se $a demostrado el paso de la reacción a través de
compleos de :ormilo, como se muestra en la Ec. 1&.1&. El () en el compuesto catatónico de partida esta activado :rente al ataque nucleoflico, de :orma que el da un ?1:ormilo directamente. El compleo :ormado podría ser más estale como $idrurocaronilo compleo, pero para que esta :orma se dé, el metal deería tener una vacante de coordinación. @odos los ligandos están :uertemente unidos al metal, por lo que la :orma :ormilo es cinéticamente estale.
En los casos en los que el disolvente aporta protones, el :ormilo puede protonarse en el átomo de oxigeno dando un compleo de $idroximetileno. l protonar el :ormilo generamos un careno de Ais$er, que es sensile al ataque nucleflico en el carono del careno. Este ataque se puede dar a través de una :uente externa e $idruro o por una trans:erencia de de otro compleo :ormilo que se encuentre en la me2cla de reacción. 9n compleo de :ormilo puede ser dador de segBn el proceso inverso al primer paso de la Ec. 1&.1&. (on oeto de proseguir con la reducción del grupo $idroximetilo podemos repetir el ciclo de adición consecutiva de 5 3 . ;a protonacion en el grupo ) del $idroximetilo provoca la perdida de una molécula de agua 3 la de:ormación de un intermedio de metileno, que rápidamente adiciona para :ormar el compleo fnal
Acti$ación del %O # El dióxido de carono, al ser un constitu3ente de la atmos:era, es una :uete aundante de carono, el () & es el responsale del calentamiento térmico gloal precedido para las próximas décadas, deido al llamado CCE:ecto invernaderoDD. El () & es transparente al paso de la radiación solar incidente, pero no al paso de la radiación in:rarroa que la tierra reemite al espacio exterior durante la noc$e. 9no de los principales prolemas en la química del
()& es que es tan estale desde el pinto de vista termodinámico, que solo unos cuantos productos de () & pueden otenerse en procesos exotérmicos. 9na :orma de activación es la reducción a () con & 3 luego utili2ar la química del () para otener compuestos caronados, pero el uso de & convierte al proceso en mu3 caro. e $ec$o, los métodos actuales de otención de & implican el consumo de carón o de gas natural, que son :uentes de carono mu3 valiosas.
El proceso más importante de activación de () & es la :otosíntesis, en el que la radiación solar $ace que se produ2ca una reacción que de otro modo seria termodinámicamente mu3 des:avorale4 la reducción de () & a $idratos de carono unto con la oxidación de agua a ) &. En este proceso están implicados un gran nBmero de metaloen2imas. El que FfaG el () & es la riulosa di:os:ato caroxilasa, en el que in anión enolato del a2Bcar ataca nucleoflicamente al carono del () &. El en2ima tiene especies de (u'%%*, Mn'%%* 3 Mg &5 , 3 una de estas es la que proalemente polari2a el () &, seguramente a través de in compleo ? 1)().
%oncl&siones En conclusión el proceso de Monsanto es un importante método para la :aricación de ácido acético por caronilación catalítica de metanol. Este proceso se desarrolla a un presión de /0 a !0 atm 3 una temperatura de 1H0&00 I( 3 o:rece una selectividad ma3or del 778. Aue desarrollado por la compaJía alemana KLA en 17!0 3 meorado por Monsanto en 17!!, que introduo un nuevo sistema catali2ador. En
su
ciclo
catalítico
la
primera
etapa organometálica es
la adición
oxidativa del 3oduro de metilo 3 se $a demostrado que la reacción es de primer orden en relación con el 3oduro de metilo 3 el catali2ador e a$í que se $a3a propuesto que el paso determinante de la velocidad del ciclo catalítico sea la adición oxidativa del 3oduro de metilo al catali2ador esto ocurre a
través de un ataque nucleóflo del centro de rodio sore el carono del 3oduro de metilo.
Re'erencias
. , L$arpe, Química Inorgánica, editorial reverté, 177/ . A, L$river. P.<. t=ins, Química Inorgánica, editorial reverté