Desenvolvimento de novo método sonoeletrocatalítico para hidrogenação de substratos orgânicos
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Data de Publicação: | 2020 |
Tipo de documento: | Tese |
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Título da fonte: | Repositório Institucional da UFPE |
Texto Completo: | https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/40597 |
Resumo: | A hidrogenação é uma reação química de grande importância para as indústrias petroquímica e de química fina, no presente trabalho foi desenvolvido um novo método de hidrogenação eletrocatalítica (HEC) de cetonas α,β-insaturadas, em meio aquoso na presença de irradiação de ultrassom. A tese foi dividida em duas partes: a primeira foi dedicada ao estudo exploratório dos fatores influentes no processo de hidrogenação sonoeletrocatalítica (HSEC); a segunda foi dedicada à otimização do processo HSEC na modificação eletroquímica do safrol, por meio de ferramentas quimiométricas. Na primeira etapa, foram determinadas as condições ótimas para a HSEC da (R)-(+)-pulegona. O uso de ultrassom em modo contínuo (14 W), sem controle de temperatura, mostrou-se mais eficaz se comparado à aplicação de pulsos de ultrassom em intervalos de 0,2 s. A irradiação simultânea por ultrassom durante o processo eletroquímico mostrou um efeito sinérgico, capaz de gerar radicais H• a partir da ruptura da ligação H-O da água, que, somados aos radicais H• eletroquimicamente gerados na superfície do cátodo, aumentam a eficiência de corrente (até 200%) e os rendimentos (até 200%). Microesferas de quitosana foram utilizadas na remoção de Ni2+ da solução aquosa, apresentando uma eficiência de 64%. O método também foi aplicado na HSEC das substâncias: acetilcicloexeno, 2-cicloexen-1-one com 100% de rendimento, isoforona (91%), (S)-(+)-carvona (89,5%), β-ionona (77,5%), α-ionona (71%), 4- metilpent-em-2-one (93,5%), 2-metil-2-ciclopenten-1-ona (100%). Na segunda etapa do trabalho, a otimização da metodologia de HSEC proposta foi realizada por meio da aplicação de um planejamento fatorial fracionário (2v5-1) para hidrogenação do safrol, estimando as variáveis: material da matriz catódica (níquel ou cobre), uso de β-ciclodextrina (presença ou ausência), tipo de célula sonoeletroquímica (célula 4 vias ou com difusor de calor), modo de aplicação do ultrassom (contínuo ou pulsado) e controle de temperatura (presença ou ausência) da solução. Os dados estatísticos revelaram que as condições ótimas de operação foram: a célula eletroquímica de 4 vias, o uso da matriz catódica de cobre ou níquel, mediante aplicação contínua de ultrassom (14W), sem controle de temperatura e na ausência ou presença de β-ciclodextrina, corroborando assim os resultados preliminares da metodologia desenvolvida para reações de HSEC com cetonas α,β-insaturadas. O melhor rendimento encontra-se na tabela 2 com 93,78% de conversão, porém também temos mais entradas com rendimentos similares acima de 92% de conversão. |
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PAZ, Josinete Angela dahttp://lattes.cnpq.br/3875390376336627http://lattes.cnpq.br/3399488325797270http://lattes.cnpq.br/7271747044687785NAVARRO, MaceloLIMA, Márcio Vilar França2021-07-21T22:45:39Z2021-07-21T22:45:39Z2020-07-16PAZ, Josinete Angela da. Desenvolvimento de novo método sonoeletrocatalítico para hidrogenação de substratos orgânicos. 2020. Tese (Doutorado em Química) – Universidade Federal de Pernambuco, Recife, 2020.https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/40597A hidrogenação é uma reação química de grande importância para as indústrias petroquímica e de química fina, no presente trabalho foi desenvolvido um novo método de hidrogenação eletrocatalítica (HEC) de cetonas α,β-insaturadas, em meio aquoso na presença de irradiação de ultrassom. A tese foi dividida em duas partes: a primeira foi dedicada ao estudo exploratório dos fatores influentes no processo de hidrogenação sonoeletrocatalítica (HSEC); a segunda foi dedicada à otimização do processo HSEC na modificação eletroquímica do safrol, por meio de ferramentas quimiométricas. Na primeira etapa, foram determinadas as condições ótimas para a HSEC da (R)-(+)-pulegona. O uso de ultrassom em modo contínuo (14 W), sem controle de temperatura, mostrou-se mais eficaz se comparado à aplicação de pulsos de ultrassom em intervalos de 0,2 s. A irradiação simultânea por ultrassom durante o processo eletroquímico mostrou um efeito sinérgico, capaz de gerar radicais H• a partir da ruptura da ligação H-O da água, que, somados aos radicais H• eletroquimicamente gerados na superfície do cátodo, aumentam a eficiência de corrente (até 200%) e os rendimentos (até 200%). Microesferas de quitosana foram utilizadas na remoção de Ni2+ da solução aquosa, apresentando uma eficiência de 64%. O método também foi aplicado na HSEC das substâncias: acetilcicloexeno, 2-cicloexen-1-one com 100% de rendimento, isoforona (91%), (S)-(+)-carvona (89,5%), β-ionona (77,5%), α-ionona (71%), 4- metilpent-em-2-one (93,5%), 2-metil-2-ciclopenten-1-ona (100%). Na segunda etapa do trabalho, a otimização da metodologia de HSEC proposta foi realizada por meio da aplicação de um planejamento fatorial fracionário (2v5-1) para hidrogenação do safrol, estimando as variáveis: material da matriz catódica (níquel ou cobre), uso de β-ciclodextrina (presença ou ausência), tipo de célula sonoeletroquímica (célula 4 vias ou com difusor de calor), modo de aplicação do ultrassom (contínuo ou pulsado) e controle de temperatura (presença ou ausência) da solução. 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The thesis was divided in two parts: the first was dedicated to the exploratory study of the significant factors in the process of sonoelectrocatalytic hydrogenation (SECH); the second was dedicated to the optimization of the SECH process for the electrochemical modification of safrole, using chemometric tools. In the first part, the optimal conditions for the SECH of (R)-(+)-pulegone were determined. The use of ultrasound at continuous mode (14 W), without temperature control, proved to be more effective when compared to the ultrasound pulses at 0.2 s intervals. The simultaneous ultrasound irradiation during the electrochemical process showed a synergistic effect, generating H• radicals from water H-O bond rupture, in addition to H• radical electrochemically generated on the cathode surface, increase the current efficiency (up to 200%) and product yields (up to 100%). Chitosan microspheres were used to remove Ni2+ ions from aqueous solution, showing 64% efficiency. The method was also applied to the HSEC of the substances: acetylcyclohexene, 2-cyclohexen-1-one, isophorone, (S)-(+)-carvone, β-ionone, α-ionone, 2-methyl-2-cyclopenten-1-one, and mesityl oxide. In the second part of the work, the optimization of the HSEC methodology was carried out through the application of fractional factorial design for the safrole hydrogenation, estimating the following variables: cathodic matrix material (nickel or copper), use of β-cyclodextrin (presence or absence), electrochemical cell design (4-way cell or with heat diffuser), ultrasound mode (continuous or pulsed), and temperature control (presence or absence) of the solution. Statistical data revealed that the cathodic matrix material and the use of β- cyclodextrin are inactive factors in experimental design. Hence, a fractional factorial design was carried out based on the other variables. The statistical results revealed that the optimal operating conditions were: the use of the copper cathodic matrix using the 4-way electrochemical cell, through the ultrasound (14W) continuous mode, without temperature control and in the absence of β-cyclodextrin, thus corroborating the preliminary results of the methodology developed for HSEC of α,β-unsaturated ketones.porUniversidade Federal de PernambucoPrograma de Pos Graduacao em QuimicaUFPEBrasilAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessQuímica OrgânicaHidrogenação eletrocatalíticaUltrassomQuímica verdeDesenvolvimento de novo método sonoeletrocatalítico para hidrogenação de substratos orgânicosinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisdoutoradoreponame:Repositório Institucional da UFPEinstname:Universidade Federal de Pernambuco (UFPE)instacron:UFPEORIGINALTESE Josinete Angela da Paz.pdfTESE Josinete Angela da Paz.pdfapplication/pdf2980595https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/40597/1/TESE%20Josinete%20Angela%20da%20Paz.pdf7ca43c72e671350a78ba8676dad8ed32MD51CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; 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