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Tipo: Tese
Título: Imobilização de Complexos de Rutênio com Ligantes Fosfínicos e Polipiridínicos em Matriz de Sílica com Potencial Aplicação Catalítica
Título em inglês: Immobilization of Ruthenium Complexes with Phosphine and Polypyridinic Ligands on Silica Matrix with Potential Catalytic Application
Autor(es): Bernardo, Ricardo Douglas de Sousa
Orientador: Diógenes, Izaura Cirino Nogueira
Coorientador: Longhinotti, Elisane
Palavras-chave: Catálise heterogênea;Reação de hidrogenação;Compostos de coordenação;Complexo de rutênio
Data do documento: 2023
Citação: BERNARDO, Ricardo Douglas de Sousa. Imobilização de complexos de rutênio com ligantes fosfínicos e Polipiridínicos em matriz de sílica com potencial aplicação catalítica. 2023.164 f. Tese (Doutorado em Química) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2023.
Resumo: Materiais porosos de sílica têm sido utilizados como suporte sólido para vários compostos visando diversas aplicações devido à elevada área superficial, estabilidade térmica e facilidade de funcionalização. Dentre essas aplicações, menciona-se a catálise heterogênea que desperta interesse em ciência básica e tecnológica. Nesse contexto, o objetivo deste trabalho foi obter materiais silicatos micro/mesoporosos modificados com complexos de rutênio capazes de atuarem como catalisadores heterogêneos em reações de hidrogenação. Para incorporação dos complexos no suporte sólido de sílica, adotou-se uma rota covalente iniciando-se com a funcionalização deste material com 3- aminopropiltrietoxissilano (APTS) seguido de reação com ácido isonicotínico (ISN) resultando na formação do material mPSi-APTS-ISN. Esse material, por sua vez, foi colocado para reagir com os complexos cis-[Ru(Cl)2(phen)(dppb)], mer-[Ru(Cl)3(OH2)(dppb)], [Ru(Cl)2(PPh3)(binap)] e [Ru(PPh3)2(salen)] produzindo quatro novos sistemas a saber: mPSi-APTS-ISN-RuCl(phen); mPSi-APTS-ISN-Ru(OH2)(Cl)2; mPSi-APTS-ISN-Ru(binap) e mPSi-APTS-ISN-Ru(salen). Os materiais obtidos foram caracterizados por espectroscopias vibracional e eletrônica, ressonância magnética nuclear de 13C, 29Si e 31P{1H}, microscopia eletrônica de varredura, técnicas eletroquímicas, análise elementar, termogravimetria e isotermas de adsorção/dessorção de N2, dentre outras. As isotermas de adsorção/dessorção indicaram a obtenção de materiais com poros majoritariamente de tamanho micro com uma quantidade significativa de mesoporos. Após a caracterização dos materiais, estes foram submetidos a ensaios catalíticos usando, como processo modelo, a reação de hidrogenação da molécula de acetofenona. Os ensaios foram monitorados por cromatografia gasosa acoplada a espectrometria de massa em várias condições de tempo e temperatura, mantendo-se a pressão de H2 constante em 2 atm. Excetuando-se o material mPSi-APTS-ISN-Ru(OH2)(Cl)2 todos os outros apresentaram conversões promissoras, considerando-se que as espécies ativas (os complexos) encontram-se suportadas em matrizes sólidas. O mais alto teor de conversão (50 %) foi observado para o material mPSi-APTS-ISN-RuCl(phen) a 110 oC e 8 h de reação. Em condição de temperatura mais branda (60 oC) e com apenas 2 h de reação, o material mPSi-APTS-ISN-Ru(salen) apresentou uma conversão de 35 %. Os resultados apresentados são, de fato, bastante promissores se considerarmos que os materiais isolados combinam taxas razoáveis de conversão com condições relativamente amenas e a facilidade de recuperação estando de acordo com a consciência da sustentabilidade do meio ambiente.
Abstract: Porous silicate materials have been used as solid support for several compounds for a myriad of applications due to large surface areas, thermal stability, and easiness of functionalization. Among the applications, heterogeneous catalysis can be mentioned, which arouses interest in basic and technological science. In this context, the goal of this work was to produce silicate-based porous materials modified with ruthenium complexes able to act as heterogenous catalysts in hydrogenation reactions. For the incorporation of the complexes onto the solid silica support, a covalent route was adopted starting with the functionalization of this material with 3-aminopropyltrietoxisilane (APTS) followed by the reaction with isonicotinic acid (ISN) resulting in the formation of mPSi-APTS-ISN. This material, in turn, was reacted with the cis-[Ru(Cl)2(phen)(dppb)], mer-[Ru(Cl)3(OH2)(dppb)], [Ru(Cl)2(PPh3)(binap)], and [Ru(PPh3)2(salen)] complexes producing four new materials, namely mPSi-APTS-ISN-RuCl(phen); mPSi-APTS-ISN-Ru(OH2)(Cl)2; mPSi-APTS-ISN-Ru(binap) e mPSi-APTS-ISN-Ru(salen). The obtained materials were characterized by vibrational and electronic spectroscopies, nuclear magnetic resonance (13C, 29Si and 31P{1H}), scanning electron microscopy, electrochemical techniques, elemental analysis, thermogravimetry, and N2 adsorption/desorption isotherms, among others. The adsorption/desorption isotherms indicated the production of a porous material composed, mainly, by micropores and with a significant amount of mesopores. After the characterization, the materials were applied in catalytic assays using, as a standard process, the hydrogenation reaction of acetophenone. The assays were monitored by gas chromatography coupled to mass spectrometry in several conditions of time and temperature, keeping constant the H2 pressure at 2 atm. All the materials but mPSi-APTS-ISN-Ru(OH2)(Cl)2 showed promising conversions, assuming the active species (complexes) are supported on solid matrices. The highest conversion (50 %) was observed for the mPSi-APTS-ISN-RuCl(phen) material at 110 oC and 8 h of reaction. At a milder condition (60 oC) and just 2 h of reaction, the mPSi-APTS-ISN-Ru(salen) material showed a conversion of 35 %. These results are indeed quite promising if considering these materials combine reasonable conversion values with relatively mild conditions and the easiness of recovering being in line with the awareness of environmental sustainability.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/72781
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