Hidrodesoxigenación del anisol para obtener productos de valor añadido: orto-, meta-, para-cresol

Resumen

Este trabajo presenta un estudio detallado sobre la reacción de transmetilación utilizando teoría del funcional de la densidad (DFT), una técnica computacional avanzada para analizar y predecir interacciones a nivel molecular. La transmetilación es un paso crucial tanto en la descomposición catalítica como no catalítica del metoxibenceno (anisol), con un enfoque especial en los procesos que generan radicales libres y carbocationes tipo metilo mediante la ruptura del grupo metilo. El estudio destaca que, en presencia de catalizadores ácidos de Brønsted (como HZSM-5), la transmetilación sigue un mecanismo específico que involucra un doble ataque electrofílico. Este proceso comienza con la interacción del protón ácido de Brønsted con el átomo de oxígeno del anisol, lo que conduce a la sustitución del carbocatión. Este mecanismo de doble ataque electrofílico es clave, ya que explica cómo el catalizador altera las rutas de reacción para mejorar la eficiencia. La modelación computacional de la reacción muestra que el uso de catalizadores ácidos reduce drásticamente las barreras energéticas de los compuestos investigados, lo que indica que la acidez de Brønsted facilita la reacción. En muchos casos, la reducción supera las 40 kcal/mol, observándose la disminución más significativa en el orto-cresol, donde la barrera energética baja aproximadamente 60 kcal/mol. Esto demuestra la influencia significativa del catalizador sobre la cinética de la reacción. Tanto en la transmetilación catalítica como en la no catalítica, existe una clara preferencia estructural por la molécula de anisol y sus derivados, como los cresoles. Las posiciones orto y para son las más favorecidas para la sustitución, especialmente cuando los sustituyentes son ricos en oxígeno. Esto se debe a que los sustituyentes oxigenados tienden a reducir las barreras energéticas y aumentar la reactividad del anillo aromático, como se observa en la descomposición del anisol en derivados fenólicos. Este trabajo demuestra cómo el uso de catalizadores ácidos de Brønsted no solo acelera las reacciones de transmetilación, sino que también altera las rutas de reacción preferidas, reduciendo significativamente las barreras energéticas. Esto abre la puerta a una comprensión y optimización más profundas de los procesos industriales que involucran la descomposición de compuestos aromáticos como el anisol. La producción de benceno, tolueno y xileno (BTX), junto con compuestos aromáticos oxigenados como el anisol y el cresol, desempeña un papel importante en diversas aplicaciones industriales, incluyendo la síntesis de polímeros, resinas y aditivos para combustibles. Si bien la fabricación de estos aromáticos se asocia con preocupaciones ambientales, particularmente emisiones y subproductos tóxicos, su contribución a la sostenibilidad puede mejorarse mediante la adopción de rutas de síntesis más ecológicas, mayor eficiencia catalítica y la integración de materias primas renovables. Cuando se alinean con los principios de la economía circular y las estrategias de intensificación de procesos, la producción de BTX y aromáticos oxigenados puede apoyar marcos de manufactura química más sostenibles.