Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/54582
Type: Tese
Title: Oxidação de substratos terpênicos catalisada por metais de transição(Co e Pd) suportados em sílica e porfirinas de manganês
Authors: Carla Nunes de Melo
First Advisor: Patrícia Alejandra Robles-Azocar
First Co-advisor: Gilson de Freitas Silva
First Referee: Márcio José da Silva
Second Referee: Kelly Alessandra da Silva Rocha
Third Referee: Flávia Cristina Camilo Moura
metadata.dc.contributor.referee4: Thiago Teixeira Tasso
Abstract: Neste trabalho foram desenvolvidos sistemas catalíticos para obtenção de produtos de alto valor comercial provenientes da transformação de compostos de origem natural. Os processos desenvolvidos caracterizaram-se por apresentar importantes avanços na obtenção de compostos oriundos da oxidação de substratos pouco explorados, como o valenceno e o isolongifoleno. Estes substratos possuem baixo valor comercial e são encontrados em abundância na matéria prima de origem. As reações propostas foram realizadas como uma alternativa aos processos comumente empregados, seguindo protocolos condizentes com os princípios da química verde, sempre que possível com condições de reação brandas, utilização de catalisadores heterogêneos, solvente verde e oxigênio molecular como oxidante. Primeiramente foi avaliada a oxidação do sesquiterpeno valenceno, empregando porfirinas de manganês em sistemas homogêneos e heterogêneos. Na catálise homogênea, a utilização dos oxidantes clássicos como PhIO (iodosilbenzeno), PhI(OAc)2 (iodobenzeno diacetato) e peróxido de hidrogênio foram comparados aos sistemas utilizando oxigênio molecular como uma alternativa limpa aos oxidantes convencionais. O rendimento das reações empregando oxigênio molecular foi superior ao obtido empregando os oxidantes convencionais (48% versus 10%). Além disso, foi possível aumentar o rendimento para os produtos oxigenados do valenceno para quando uma pequena quantidade do aditivo imidazol foi adicionada à solução (64%). Os catalisadores homogêneos também foram empregados na oxidação do isolongifoleno. Assim, foi possível obter produtos da oxidação alílica da dupla endocíclica dessa molécula além do produto de epoxidação. O rendimento para esses produtos oxigenados foi de até 70%. No que se diz respeito aos catalisadores heterogêneos, foi sintetizado um catalisador empregando uma porfirina de segunda geração em uma sílica SBA-15 funcionalizada. A SBA-15-Im-MnP1 foi usada na oxidação do valenceno com oxigênio molecular como oxidante. O sistema mostrou-se eficiente para a obtenção de nootkatona e epoxidação do valenceno, levando a 56% de rendimento para os produtos funcionalizados. Para expandir os estudos de oxidação desses substratos, também foram realizadas reações de oxidação do valenceno e do isologifoleno em sistemas empregando Pd/SiO2 como catalisador heterogêneo do tipo "Pd Solo". Nesse tipo de sistema apenas o oxigênio molecular é empregado como oxidante, assim, não há utilização de cooxidantes, aditivos, nucleófilos ou cocatalisadores como os sistemas descritos na literatura. No caso do isolongifoleno, o emprego do solvente verde DEC, combinado ao uso de um catalisador heterogêneo e oxigênio molecular, representou uma rota relevante para a obtenção de produtos oxigenados, dentro dos preceitos da "Química Verde". O sistema ainda se mostrou como uma potencial via para oxidação do 3-careno, subtrato monoterpênico precursor para a fabricação de inseticidas. Por fim, a oxidação do valenceno foi promovida empregando um catalisador de cobalto também suportado em sílica, Co/SiO2. A metodologia empregada é uma alternativa simples e barata para a obtenção de produtos de alto valor agregado. As reações também foram realizadas em sistemas livres de solvente, para se manter a consonância com os princípios da química verde.
Abstract: In this work were developed catalytic systems aimed at obtaining high commercial value products from the transformation of compounds of natural origin. The developed processes present important advancements when obtaining compounds from the oxidation of poorly explored substrates such as valencene and isolongifolene. These substrates have low commercial value and are broadly found in its raw material. The proposed reactions were carried out as alternatives to the actual commonly used processes, following protocols aligned with the green chemistry’s principles, using mild reactions whenever possible, heterogeneous catalysts, green solvent, and molecular oxygen as the oxidizer. At the first moment, the oxidation of sesquiterpene valencene was appraised by using manganese porphyrins in homogeneous and heterogeneous systems. The use of traditional oxidizers such as PhIO, PhIO(OAc)2, and hydrogen peroxide in homogeneous catalysis was compared to the use of molecular oxygen as a green oxidizer alternative. The usage of molecular oxygen as an alternative oxidizer in those sorts of reactions leads to a cleaner process, complying with the green chemistry`s principles. Looking further ahead, it was possible to increase the yield of valencene-oxygenated products to 64% by adding minor quantities of imidazole additive to the reaction. The homogeneous catalysts were also used in the oxidation of isolongifolene, which allowed the obtaining of allylic oxidation products of its endocyclic double bond and epoxidation products with a yield of 70%. A heterogeneous catalyst was synthesized using a second-generation porphyrin on a functionalized SBA-15 silica. SBA-15-Im-MnP1 was also used in the oxidation reaction of valencene with molecular oxygen as the oxidizer. This arrangement proved to be efficient at obtaining nootkatone and valencene epoxidation, yielding 56% of those functionalized products. In order to expand current studies on the oxidation of the previously mentioned substrates, oxidation reactions of valencene and isologifolene were also carried out in systems using Pd/SiO2 as the Pd Solo-type heterogeneous catalyst. In this sort of system, only molecular oxygen is applied as the oxidizer, differing from actual systems found in the literature, in which co-oxidants addictives, nucleophiles, or cocatalysts are used. Regarding the isolongifolene, the usage of the green DEC solvent, combined with the use of a heterogeneous catalyst and molecular oxygen, represented a relevant route to obtain oxygenated products while also keeping in sight the principles of green chemistry. In this case, the maximum reaction yield was 94% to oxygenated products resulted from allylic oxidation and from the isolongifolene epoxidation. Besides, the system proved to be a potential route to 3-carene oxidation, monoterpene substrate used as a precursor in insecticides production. At last, valencene oxidation was performed using a cobalt-based catalyst also supported on silica (Co/SiO2). The proposed methodology is a simple and inexpensive alternative to obtain higher value-added products. The reactions were also performed in solvent-free systems, yielding around the same as those using solvents as to keep the pursuit of green processes in chemistry.
Subject: Química inorgânica
Oxidação
Catalisadores de metais de transição
Terpenios
Porfirina e compostos de porfirina
Sílica
Catálise heterogênea
Catalisadores de cobalto
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ICX - DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Química
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/54582
Issue Date: 2-Dec-2020
Appears in Collections:Teses de Doutorado

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