De la estructura a la reactividad: La zeolita ZSM-5 en la catálisis de transferencia de acilos

Autores
Aramayo, Tatiana Jael; Medina Alarcón, Rodolfo Augusto; Ottavianelli, Emilce Ethel; Corregidor, Pablo Fernando
Año de publicación
2025
Idioma
español castellano
Tipo de recurso
artículo
Estado
versión publicada
Descripción
Las zeolitas son aluminosilicatos cristalinos caracterizados por su alta porosidad, estabilidad y acidez ajustable, lo que las convierte en materiales de gran relevancia en catálisis heterogénea. Entre ellas, la zeolita ZSM-5 se distingue por su estructura de canales de tamaño medio, elevada relación Si/Al y notable resistencia térmica e hidrotérmica, propiedades que la han consolidado como un catalizador estratégico en la industria petroquímica y en la producción de compuestos con valor agregado. En este artículo se presenta una revisión de las generalidades de las zeolitas y sus propiedades estructurales, químicas y de síntesis, destacando la versatilidad de la ZSM-5 en procesos de acilación. Estos resultan de particular interés por su papel en la obtención de cetonas y ésteres, con aplicaciones en la química fina, biocombustibles y materiales avanzados. Frente a catalizadores homogéneos tradicionales, la ZSM-5 ofrece mayores niveles de selectividad, menor generación de subproductos y mejor estabilidad operativa, atribuible a la combinación de acidez de Brønsted y confinamiento estérico en su red microporosa. Asimismo, se discute el papel de un intermediario transitorio, la zeolita acetilada, en el mecanismo de acilación, y se revisan los aportes de estudios teóricos mediante el modelo de clúster, metodología ONIOM y cálculos periódicos, que han permitido esclarecer los efectos estructurales y electrónicos en la reactividad. Finalmente, se resalta el potencial de la ZSM-5 como plataforma catalítica para el diseño de procesos más limpios y sostenibles, en línea con los principios de la química verde.
Zeolites are crystalline aluminosilicates characterized by their high porosity, stability, and adjustable acidity, making them highly relevant materials in heterogeneous catalysis. Among them, zeolite ZSM-5 is distinguished by its medium-sized channel structure, high Si/Al ratio, and remarkable thermal and hydrothermal resistance, properties that have established it as a strategic catalyst in the petrochemical industry and in the production of value-added compounds. This article presents a general overview of zeolites and their structural, chemical, and synthetic properties, highlighting the versatility of ZSM-5 in acylation processes. These are of particular interest due to their role in obtaining ketones and esters, with applications in fine chemicals, biofuels, and advanced materials. Compared to traditional homogeneous catalysts, ZSM-5 offers higher levels of selectivity, lower byproduct generation, and improved operational stability, attributable to the combination of Brønsted acidity and steric confinement in its microporous network. The role of a transient intermediate, acetylated zeolite, in the acylation mechanism is also discussed, and the contributions of theoretical studies using the cluster model, ONIOM methodology, and periodic calculations are reviewed. These studies have shed light on the structural and electronic effects on reactivity. Finally, the potential of ZSM-5 as a catalytic platform for the design of cleaner and more sustainable processes, in line with the principles of green chemistry, is highlighted.
Fil: Aramayo, Tatiana Jael. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Salta. Instituto de Investigaciones para la Industria Química. Universidad Nacional de Salta. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones para la Industria Química; Argentina
Fil: Medina Alarcón, Rodolfo Augusto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Salta. Instituto de Investigaciones para la Industria Química. Universidad Nacional de Salta. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones para la Industria Química; Argentina
Fil: Ottavianelli, Emilce Ethel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Salta. Instituto de Investigaciones para la Industria Química. Universidad Nacional de Salta. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones para la Industria Química; Argentina. Universidad Nacional de Salta. Facultad de Ciencias Exactas; Argentina
Fil: Corregidor, Pablo Fernando. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Salta. Instituto de Investigaciones para la Industria Química. Universidad Nacional de Salta. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones para la Industria Química; Argentina
Materia
Zeolita
ZSM-5
Acilación
Catálisis
Nivel de accesibilidad
acceso abierto
Condiciones de uso
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Repositorio
CONICET Digital (CONICET)
Institución
Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
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En este artículo se presenta una revisión de las generalidades de las zeolitas y sus propiedades estructurales, químicas y de síntesis, destacando la versatilidad de la ZSM-5 en procesos de acilación. Estos resultan de particular interés por su papel en la obtención de cetonas y ésteres, con aplicaciones en la química fina, biocombustibles y materiales avanzados. Frente a catalizadores homogéneos tradicionales, la ZSM-5 ofrece mayores niveles de selectividad, menor generación de subproductos y mejor estabilidad operativa, atribuible a la combinación de acidez de Brønsted y confinamiento estérico en su red microporosa. Asimismo, se discute el papel de un intermediario transitorio, la zeolita acetilada, en el mecanismo de acilación, y se revisan los aportes de estudios teóricos mediante el modelo de clúster, metodología ONIOM y cálculos periódicos, que han permitido esclarecer los efectos estructurales y electrónicos en la reactividad. Finalmente, se resalta el potencial de la ZSM-5 como plataforma catalítica para el diseño de procesos más limpios y sostenibles, en línea con los principios de la química verde.Zeolites are crystalline aluminosilicates characterized by their high porosity, stability, and adjustable acidity, making them highly relevant materials in heterogeneous catalysis. Among them, zeolite ZSM-5 is distinguished by its medium-sized channel structure, high Si/Al ratio, and remarkable thermal and hydrothermal resistance, properties that have established it as a strategic catalyst in the petrochemical industry and in the production of value-added compounds. This article presents a general overview of zeolites and their structural, chemical, and synthetic properties, highlighting the versatility of ZSM-5 in acylation processes. These are of particular interest due to their role in obtaining ketones and esters, with applications in fine chemicals, biofuels, and advanced materials. Compared to traditional homogeneous catalysts, ZSM-5 offers higher levels of selectivity, lower byproduct generation, and improved operational stability, attributable to the combination of Brønsted acidity and steric confinement in its microporous network. The role of a transient intermediate, acetylated zeolite, in the acylation mechanism is also discussed, and the contributions of theoretical studies using the cluster model, ONIOM methodology, and periodic calculations are reviewed. These studies have shed light on the structural and electronic effects on reactivity. Finally, the potential of ZSM-5 as a catalytic platform for the design of cleaner and more sustainable processes, in line with the principles of green chemistry, is highlighted.Fil: Aramayo, Tatiana Jael. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Salta. Instituto de Investigaciones para la Industria Química. Universidad Nacional de Salta. Facultad de Ingeniería. 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Zeolites are crystalline aluminosilicates characterized by their high porosity, stability, and adjustable acidity, making them highly relevant materials in heterogeneous catalysis. Among them, zeolite ZSM-5 is distinguished by its medium-sized channel structure, high Si/Al ratio, and remarkable thermal and hydrothermal resistance, properties that have established it as a strategic catalyst in the petrochemical industry and in the production of value-added compounds. This article presents a general overview of zeolites and their structural, chemical, and synthetic properties, highlighting the versatility of ZSM-5 in acylation processes. These are of particular interest due to their role in obtaining ketones and esters, with applications in fine chemicals, biofuels, and advanced materials. Compared to traditional homogeneous catalysts, ZSM-5 offers higher levels of selectivity, lower byproduct generation, and improved operational stability, attributable to the combination of Brønsted acidity and steric confinement in its microporous network. The role of a transient intermediate, acetylated zeolite, in the acylation mechanism is also discussed, and the contributions of theoretical studies using the cluster model, ONIOM methodology, and periodic calculations are reviewed. These studies have shed light on the structural and electronic effects on reactivity. Finally, the potential of ZSM-5 as a catalytic platform for the design of cleaner and more sustainable processes, in line with the principles of green chemistry, is highlighted.
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Aramayo, Tatiana Jael; Medina Alarcón, Rodolfo Augusto; Ottavianelli, Emilce Ethel; Corregidor, Pablo Fernando; De la estructura a la reactividad: La zeolita ZSM-5 en la catálisis de transferencia de acilos; Asociación Química Argentina; Industria y Química; 376; 12-2025; 115-124
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