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Type: Tese de Doutorado
Title: Hidroformilação do isopreno e de olefinas de origem natural catalisada por complexos de ródio: efeito da conjugação na reatividade do substrato
Authors: Humberto James do Val Barros
First Advisor: Elena Vitalievna Goussevskaia
First Co-advisor: Eduardo Nicolau dos Santos
First Referee: Dorila Pilo Veloso
Second Referee: Ynara Marina Idemori
Third Referee: Victor Luis dos Santos Teixeira da Silva
metadata.dc.contributor.referee4: Roberto Fernando de Sousa
Abstract: Este resumo apresenta os principais avanços, obtidos no trabalho desta tese, na preparação de aldeídos através da reação de hidroformilação de olefinas, tais como os monoterpenos de origem natural (mirceno, limoneno e canfeno), substratos propenilaromáticos e o isopreno. A hidroformilação, catalisada por ródio, do isopreno, utilizado como molécula modelo de dienos conjugados (substratos pouco reativos na hidroformilação), foi estudada na presença de várias fosfinas e difosfinas. Foi descoberto que um grande excesso de ligante favorece a reação e, dessa forma, pode ser realizada em condições relativamente suaves (80-100oC, 40-80 atm), resultando em aldeídos insaturados com seletividade combinada de até 95%. O estudo das variáveis de reação mostrou efeitos interessantes, opostos aos normalmente observados com alquenos simples (monoenos). O aumento da concentração dos ligantes de fósforo - até uma razão P/Rh limite - assim como o aumento da basicidade dos ligantes aumentaram, consideravelmente, a velocidade da reação. Além disso, também foi observado um efeito cinético não usual. Foi observado que tanto o aumento da pressão do CO como a de H2 aceleram proporcionalmente a reação. Os resultados obtidos confirmaram que a etapa determinante da reação é o rearranjo 3- 1, que converte o intermediário 3-alílico de ródio, resistente à inserção de CO, no complexo mais reativo 1. Os resultados obtidos com a molécula modelo foram aplicados na hidroformilação do mirceno e do limoneno - monoterpenos de origem natural, abundantes e baratos - cujas moléculas possuem várias ligações olefínicas. Porém, na molécula do mirceno duas delas são conjugadas, contrariamente às do limoneno. De fato, o limoneno apresentou um comportamento esperado para monoenos, ou seja, o aumento da concentração do ligante diminuiu a atividade do catalisador, enquanto que o mirceno seguiu a tendência observada para o isopreno. O aumento da razão P/Rh acelera a reação do mirceno o que possibilitou realizar a hidroformilação utilizando trifenilfosfina, em condições brandas de reação. Dessa forma, foi desenvolvido um processo eficiente para a hidroformilação de dienos conjugados de cadeia aberta, a partir de um sistema com catalisador de ródio, promovido por trifenilfosfina, um dos ligantes de fósforo mais acessíveis, baratos e estáveis empregados na hidroformilação. Foi estudada, também, a hidroformilação de compostos propenilaromáticos, também de origem natural, na presença de ligantes quirais com o objetivo de realizar o processo assimétrico. Os aldeídos correspondentes foram obtidos com elevada quimio- e regiosseletividade e com excesso enantiomérico, porém, modesto. Foram desenvolvidos os processos bifásicos para a hidroformilação de alguns monoterpenos, empregando-se catalisador de ródio, surfactante catiônico e fosfina solúvel em água, com objetivo de facilitar a separação do catalisador dos produtos. Em sistemas água/tolueno, a hidroformilação do mirceno, limoneno e canfeno foi realizada empregando-se trifenilfosfina mono- (tppms) e trissulfonada (tppts), como ligante auxiliar e a quantidade do surfactante catiônico cloreto de trimetilcetilamônio (CTCA) se mostrou um fator crítico. Dependendo das características conformacionais dos substratos, o CTCA pode atuar, promovendo ou inibindo a hidroformilação, de acordo com sua concentração no meio. Na hidroformilação do mirceno foi encontrada uma promoção acentuada da hidroformilação quando foi utilizada uma concentração de 2,5x10-2 mol.L-1 do CTCA. No caso do limoneno, essa concentração foi menor (2,5x10-3 mol.L-1) e, para o canfeno, foi observado um efeito inibitório para qualquer concentração do CTCA. Assim, basendo-se nos resultados obtidos, foi possível desenvolver processos mais eficientes e seletivos para a hidroformilação de olefinas de origem natural resultando em produtos de interesse para indústrias de química fina.
Abstract: This abstract presents the main advances obtained in this dissertation work, concerning the preparation of aldehydes through olefin hydroformylation reaction, using isoprene, monoterpenes, and propenylaromatic substrates. Rhodium catalyzed hydroformylation of isoprene was studied in the presence of various mono- and diphosphines. Using a large excess of the ligand, the reaction can be performed under mild conditions (80-100oC, 40-80 atm) and yields three unsaturated aldehydes, formed in a 95% combined selectivity. The study of the effects of the reaction variables revealed remarkable trends, opposite to those usually observed with simple alkenes. The increase in the concentration of the phosphorus ligand and/or ligand basicity strongly accelerates the reaction. Moreover, the reaction shows unusual kinetics, being first order in both hydrogen and CO pressure under "common" hydroformylation conditions. The obtained data confirm that a 3- 1-rearrangement, which converts a CO insertion resistant 3-allyl rhodium intermediate into the much more reactive 1-complex, is the most critical step of this reaction. The hydroformylation reactions, which the model molecule isoprene undergoes, were attempted with the natural monoterpenes myrcene and limonene. These cheap substrates are widely found in Brazil and have olefinic bonds. The myrcene molecule has two conjugated double bonds, while limonene does not. In fact, limonene showed common behaviour for monoenes, since its activity is low with large excess of the phosphorus ligand. The reactions with myrcene were similar to those of isoprene, inasmuch the increase in the P/Rh ratio up to a limit value significantly accelerates them. In this way, it was possible to develop an efficient process, under mild conditions, to hydroformylate open chain conjugated dienes with rhodium catalyst and the low cost, readily accessible triphenylphosphine ligand. It was also studied the hydroformylation of propenylaromatic compounds, using quiral ligands, to develop an asymmetric induction process. The aldehydes were obtained with high chemo- and regiosselectivity, but with low enantiomeric excess. The rhodium catalyzed hydroformylation of myrcene, limonene, and camphene was achieved in a toluene/water biphasic system employing tris(3-sulfonatophenyl)phosphine trisodium salt (tppts) and 3-sulfonatophenylphosphine monosodium salt (tppms) as ancillary ligands, with various concentrations of the cationic surfactant cetyltrimethylammonium chloride (CTAC). In some instances, the observed conversion rates were superior to the similar homogeneous systems. The promotion effect of CTAC and its optimal concentration depend on the conformational characteristics of the substrate. For myrcene, a pronounced promotion effect was observed for CTAC concentrations around 2.5 x 10-2 mol.L-1, whereas for camphene there was an inhibition effect even at concentrations as low as 2.5 x 10-3 mol.L-1. Based on the obtained results, it was possible to develop an efficient and selective process for natural olefin hydroformylation to produce interesting intermediates for use in fine chemistry.
Subject: Rodio
Química inorgânica
Catalise
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/SFSA-867VU7
Issue Date: 6-Jun-2007
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