Magnetita (Fe3O4): Una estructura inorgánica con múltiples aplicaciones en catálisis heterogénea

Magnetite (Fe3O4): An inorganic structure with many applications for heterogeneous catalysis

Se describió la intervención del mineral magnetita como catalizador o como soporte catalítico, un material inorgánico con una estructura de espinela inversa (FeFe₂O₄), en el desarrollo de un número importante de reacciones químicas de interés científico, tecnológico y ambiental. Debido a la necesidad actual de generar procesos químicos eficientes y favorables ambientalmente, la magnetita se ha convertido en un material promisorio en los contextos de la química verde, la química fina y la catálisis heterogénea. Este óxido de hierro se ha estudiado en diversas reacciones: catalizador másico, soporte catalítico de metales y de óxidos metálicos, núcleo de catalizadores tipo core-shell, o modificado mediante el anclaje de organocatalizadores y complejos metálicos. Se discute el desempeño catalítico de estos sistemas basados en magnetita, en reacciones de catálisis asimétrica, ambiental, ácido-base, de óxido-reducción, de síntesis multicomponente y de acoplamiento C-C. Particularmente, dichos catalizadores han mostrado enorme importancia en ciertas reacciones de tipo Sonogashira, Sonogashira–Hagihara, Mannich, Ullman, Knoevenagel, Suzuki-Miyaura y Fenton heterogénea, entre otras. Finalmente, se detallaron algunos usos tecnológicos de la magnetita en el contexto nacional (Colombia) y se intentó localizar geográficamente los depósitos importantes.

Introducción

Recientemente la catálisis heterogénea se ha convertido en una herramienta estratégica tecnológica debido a sus ventajas relacionadas con los procesos de producción, competitividad y economía. Esta catálisis se aplica en diversas transformaciones químicas a nivel industrial, por ejemplo en la refinería de petróleo, en la síntesis de productos de química fina y farmacéuticos y en diversas síntesis orgánicas. En dichos procesos se minimiza el impacto ambiental, pues frecuentemente el uso de disolventes orgánicos inflamables y de reactivos tóxicos es menor. Así mismo, se reducen las condiciones drásticas de reacción y se simplifican las separaciones complejas mediante la generación de productos con mayor selectividad; además permite la fácil separación de los catalizadores de los sistemas de reacción y posibilita su reutilización (1).

Muchos de estos procesos de catálisis heterogénea han integrado el uso de catalizadores con partículas de tamaño nanométrico, por lo que en los últimos años un gran número de investigaciones se ha enfocado en la síntesis de nanopartículas férricas o ferrosas. Así, diversas formas de óxidos de hierro como FeO (wustita), α-Fe₂O₃ (hematita) y γ-Fe₂O₃ (maghemita) se han empleado exitosamente en catálisis (2-4).