Síntese e aplicações de catalisadores com propriedades magnéticas em estudos metodológicos de reações orgânicas

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Falcão, Nathália Kellyne Silva Marinho
Data de Publicação: 2021
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB
Texto Completo: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/21562
Resumo: The development of nanotechnology has enabled the emergence of new materials, called magnetic nanoparticles (MNPs). The high surface area combined with the easy removal from the reaction media, makes the MNPs promising immobilization supports. Thus, in this work the synthesis and characterization studies of eight materials based on magnetic nanoparticles coated with silica (core@shell structure) resulting in two classes of catalysts are described. The first class, comprised the amino-functionalization of these magnetic nanoparticles, bound to ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), which in turn complexed the transition metal ions (Mn, Cr, Co and Cu) and rare earth ions (Tb and Eu). The second class, involved the functionalization of the magnetic materials with the 3- chloropropyltrimethoxysilane group covalently linked to the organic molecule14- diazabicyclo[2.2.2]octane (DABCO) or the organic molecule hexamethylenetetramine (HMTA). The catalysts were characterized by absorption spectroscopy in the infrared region, X-RD, thermogravimetric analyses, elemental analysis of carbon, hydrogen and nitrogen, and magnetization measurements. These materials were employed in Knoevenagel condensation, synthesis of imininochromenes and coumarins, synthesis of isatin-β-thiosemicarbazones and Biginelli reaction. In the Knoevenagel condensation reactions, the catalyst with basic site Fe3O4@SiO2-CPTMS-DABCO proved to be more efficient, showing better yields and reaction times (15-120 min) than the other investigated catalysts. For the sequential reactions of synthesis of iminochromes and coumarins, via Knoevenagel condensation, the catalyst with acid site Fe3O4@SiO2-1N-EDTA-Tb3+ showed better performance among all catalysts with acidic and basic sites tested. Providing yields of 79-98 % for coumarins and 69-91 % for iminochromenes, in the latter the stoichiometric control allowed the synthesis of 2-(4,5- diamino-1-cyano-7-hydroxy-1,10b-dihydro-2H-chromeno[3,4-c]pyridin-2- ylidene)malononitrile. In the synthesis reactions of isatin-β-thiosemicarbazones, the Fe3O4@SiO2-CPTMS-DABCO catalyst proved to be more efficient for, converging from literature reports, which commonly describe this reaction under acid catalysis. Good isolated yields (81-97%) and reaction times (60-180 min) were evidenced. Finally, in the Biginelli reaction, once again the Fe3O4@SiO2-1N-EDTA- Tb3+ catalyst stood out, denoting greater efficiency and selectivity for the formation of the expected product. However, it is necessary to explore other reaction conditions to obtain better times. In general, the synthesized magnetic nanoparticles showed good catalytic activity, being easily recovered by magnetic separation and were reused in Knoevenagel reactions and iminochromene synthesis, with 83- 98 and 81-91 % yields, respectively.
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The first class, comprised the amino-functionalization of these magnetic nanoparticles, bound to ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), which in turn complexed the transition metal ions (Mn, Cr, Co and Cu) and rare earth ions (Tb and Eu). The second class, involved the functionalization of the magnetic materials with the 3- chloropropyltrimethoxysilane group covalently linked to the organic molecule14- diazabicyclo[2.2.2]octane (DABCO) or the organic molecule hexamethylenetetramine (HMTA). The catalysts were characterized by absorption spectroscopy in the infrared region, X-RD, thermogravimetric analyses, elemental analysis of carbon, hydrogen and nitrogen, and magnetization measurements. These materials were employed in Knoevenagel condensation, synthesis of imininochromenes and coumarins, synthesis of isatin-β-thiosemicarbazones and Biginelli reaction. In the Knoevenagel condensation reactions, the catalyst with basic site Fe3O4@SiO2-CPTMS-DABCO proved to be more efficient, showing better yields and reaction times (15-120 min) than the other investigated catalysts. For the sequential reactions of synthesis of iminochromes and coumarins, via Knoevenagel condensation, the catalyst with acid site Fe3O4@SiO2-1N-EDTA-Tb3+ showed better performance among all catalysts with acidic and basic sites tested. Providing yields of 79-98 % for coumarins and 69-91 % for iminochromenes, in the latter the stoichiometric control allowed the synthesis of 2-(4,5- diamino-1-cyano-7-hydroxy-1,10b-dihydro-2H-chromeno[3,4-c]pyridin-2- ylidene)malononitrile. In the synthesis reactions of isatin-β-thiosemicarbazones, the Fe3O4@SiO2-CPTMS-DABCO catalyst proved to be more efficient for, converging from literature reports, which commonly describe this reaction under acid catalysis. Good isolated yields (81-97%) and reaction times (60-180 min) were evidenced. Finally, in the Biginelli reaction, once again the Fe3O4@SiO2-1N-EDTA- Tb3+ catalyst stood out, denoting greater efficiency and selectivity for the formation of the expected product. However, it is necessary to explore other reaction conditions to obtain better times. In general, the synthesized magnetic nanoparticles showed good catalytic activity, being easily recovered by magnetic separation and were reused in Knoevenagel reactions and iminochromene synthesis, with 83- 98 and 81-91 % yields, respectively.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESO desenvolvimento da nanotecnologia possibilitou o surgimento de novos materiais, denominados nanopartículas magnéticas (NPMs). A elevada área superficial combinada com a fácil remoção dos meios reacionais, torna as NPMs promissores suportes de imobilização. Desta forma, neste trabalho são descritos os estudos de síntese e caracterização de oito materiais à base de nanopartículas magnéticas revestidas com sílica (estrutura core@shell) resultando em duas classes de catalisadores. A primeira classe, compreendeu a aminofuncionalização dessas nanopartículas magnéticas, ligadas ao ácido etilonodiamino tetraacético (EDTA), que, por sua vez complexou os íons dos metais de transição (Mn, Cr, Co e Cu) e dos terra raras (Tb e Eu). A segunda classe, envolveu a funcionalização dos materiais magnéticos com o grupo 3-cloropropiltrimetoxisilano ligado covalentemente à molécula orgânica14-diazabiciclo[2.2.2]octano (DABCO) ou à molécula orgânica hexametilenotetramina (HMTA). Os catalisadores foram caracterizados por espectroscopia de absorção na região do infravermelho, DR-X, análises termogravimétricas, análise elementar de carbono, hidrogênio e nitrogênio e medidas de magnetização. Estes materiais foram empregados na condensação de Knoevenagel, síntese de imininocromenos e cumarinas, síntese de isatina-β-tiossemicarbazonas e reação Biginelli. Nas reações de condensação de Knoevenagel, o catalisador com sítio básico Fe3O4@SiO2-CPTMS-DABCO mostrou-se mais eficiente, apresentando melhores rendimentos e tempos reacionais (15-120 min) do que os outros catalisadores invetigados. Já para as reações sequencias de síntese de iminocromenos e cumarinas, via condensação de Knoevenagel, o catalisador com sítio ácido Fe3O4@SiO2-1NEDTA-Tb3+ apresentou melhor desempenho dentre todos os catalisadores com sítios ácidos e básicos testados. Fornecendo rendimentos de 79-98 % para as cumarinas e 69-91 % para os iminocromenos, neste último o controle estequiométrico permitiu a síntese de 2-(4,5-diamino1-ciano-7-hidroxi-1,10b-dihidro-2H-cromeno[3,4-c]piridina-2-ilideno)malononitrila. Nas reações de síntese de isatina-β-tiossemicarbazonas, o catalisador Fe3O4@SiO2-CPTMSDABCO se mostrou mais eficiente para, convergindo dos relatos da literatura, que comumente descrevem esta reação sob catálise ácida. Foram evidenciados bons rendimentos isolados (81-97%) e tempos reacionais (60-180 min). Por fim, na reação de Biginelli, mais uma vez o catalisador Fe3O4@SiO2-1N-EDTA-Tb3+ se destacou, denotando maior eficiência e seletividade para a formação do produto esperado. Contudo, faz-se necessários explorar outras condições de reação para obter melhores tempos. Em linhas gerais, as nanopartículas magnéticas sintetizadas apresentaram boa atividade catalítica, sendo facilmente recuperadas por separação magnética e foram reutilizadas nas reações de Knoevenagel e síntese de iminocromeno, com 83-98 e 81-91 % de rendimento, respectivamente.Universidade Federal da ParaíbaBrasilQuímicaPrograma de Pós-Graduação em QuímicaUFPBVale, Juliana Alveshttp://lattes.cnpq.br/5336623781494423Teotonio, Ercules Epaminondas de Sousahttp://lattes.cnpq.br/8042092631207004Pires, Gilvan Pozzobonhttp://lattes.cnpq.br/6645201861289873Falcão, Nathália Kellyne Silva Marinho2021-12-09T19:44:57Z2021-08-022021-12-09T19:44:57Z2021-07-20info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesishttps://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/21562porAttribution-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPBinstname:Universidade Federal da Paraíba (UFPB)instacron:UFPB2022-08-09T16:32:29Zoai:repositorio.ufpb.br:123456789/21562Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufpb.br/PUBhttp://tede.biblioteca.ufpb.br:8080/oai/requestdiretoria@ufpb.br|| diretoria@ufpb.bropendoar:2022-08-09T16:32:29Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB - Universidade Federal da Paraíba (UFPB)false
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