Investigação da atividade catalítica de sólidos magnéticos baseado em metaloporfirinas em reações únicas e sequenciais

Abstract

Resumo: Neste trabalho é reportado o preparo e caracterização de sólidos magnéticos do tipo core@shell, onde core = magnetita e shell = sólido lamelar. Para o preparo destes sólidos, realizou-se um extenso estudo sobre preparação da partícula magnética e deposição de materiais na camada, chegando aos procedimentos descritos neste trabalho. Os sólidos preparados foram caracterizados por diferentes técnicas como microscopia eletrônica de varredura e transmissão (MEV e MET), difratometria de raios x de pó (DRX de pó), análise termogravimétrica acoplada ao espectrômetro de massas (ATG/DSC/MS), difratometria de raios x de alta temperatura (AT-DRX), análises texturais de adsorção e dessorção de nitrogênio (método BET) e espectroscopia na região do infravermelho por transformada de Fourier (FTIR). Os sólidos preparados apresentaram propriedades distintas tanto de composição quanto de morfologia, propriedades texturais e físicas. Estes sólidos foram utilizados como suporte para a imobilização de diferentes metaloporfirinas (MP), a saber a [5,10,15,20-tetrakis(2,6-difluor-3-sulfonatofenilporfirinato) Metal] de sódio (forma genérica), abreviada para [M(TDFSPP)], onde M= Fe3+ ou Mn3+ ou Zn2+ ou Mg2+, também preparadas neste trabalho. Os sólidos foram preparados visando aplicá-los como catalisadores em diferentes reações únicas de oxidação de substratos orgânicos, cicloadição de dióxido de carbono (CO2) a epóxido e redução fotoassistida da água (H2O), além da aplicação na reação sequencial auto Tandem, envolvendo duas etapas, onde se tem primeiro a reação de oxidação de um alceno seguida de uma segunda etapa de adição cíclica de CO2 ao epóxido formado na primeira etapa. Os resultados se mostraram promissores para as diversas reações estudadas, com destaque para o sólido HNZ contendo MP de ferro(III) que apresentou resultados próximos a 100% de conversão para o produto carbonato cíclico e 35% de conversão ao produto final na reação auto Tandem investigada, sugerindo o efeito sinergético do sólido suporte e do complexo catalítico imobilizado. Sob as condições de reação, pode-se concluir que esse sólido catalítico apresenta resultados promissores quanto a se atender os objetivos de um desenvolvimento mais sustentável.

Abstract: In this work, the preparation and characterization of core@shell magnetic solids are reported, where the core = magnetite, and the shell = lamellar solid. To prepare these solids, an extensive study on magnetic particle preparation and lamellar material deposition was conducted. These solids were characterized using various techniques, such as scanning and transmission electron microscopy (SEM and TEM), powder x-ray diffraction (powder XRD), TGA/DSC/MS, powder high temperature x-ray diffraction (powder HTK-XRD), nitrogen adsorption-desorption textural analysis (BET method), and Fourier transform infrared (FTIR). The solids exhibited distinct morphology, textural and physical properties. These solids were used for the immobilization of different metalloporphyrins (MP) Sodium [5,10,15,20- tetrakis(2,6-difluor-3-sulfonatophenyl)porphyrinate] Metal (generic form), abbreviated as [M(TDFSPP)], where M = Fe3+ or Mn3+ or Zn2+ or Mg2+, also prepared in this work. The solids were designed for their application as catalysts in various unique reactions, including the oxidation of organic substrates, carbon dioxide (CO2) cycloaddition to epoxides, photo-assisted water splitting, and sequential one-pot auto Tandem reaction involving two steps. The first step involves the oxidation of an alkene, followed by a second step of cyclic addition of CO2 to the epoxide formed in the first step. The results showed promise for the various studied reactions, highlighting the HNZ solid containing iron(III) MP leading to approximately 100% of conversion to the cyclic carbonate and 35% of conversion to the final product in auto Tandem reaction, suggesting a synergic effect of the solid support and immobilized catalytic complex. Under the reaction condition, the obtained catalyst is nearer to attend the sustainable development goals.