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Type: Tese de Doutorado
Title: Oxidação aeróbica de olefinas catalisada por sistemas baseados em paládio e/ou em benzoquinona
Authors: Aline Carvalho Bueno
First Advisor: Elena Vitalievna Goussevskaia
First Referee: Dalmo Mandelli
Second Referee: Júlio Santos Rebouças
Third Referee: Rosemeire Brondi Alves
metadata.dc.contributor.referee4: Eduardo Nicolau dos Santos
Abstract: Este trabalho descreve os sistemas catalíticos baseados em paládio e/ou em benzoquinona desenvolvidos e as condições de reação otimizadas para a oxidação eficiente e seletiva de olefinas com oxigênio molecular. Foi estudada a desidrogenação oxidativa aeróbica de terpenos -mentênicos de menor valor, tais como g-terpineno, a-terpineno, limoneno e terpinoleno, para o p-cumeno de maior relevância comercial. A reação foi catalisada por benzoquinona e ocorreu em soluções de ácido acético, sob condições relativamente brandas (80-100 °C, 5-10 atm). A presença de Cu(OAc)2, como co-catalisador, acelerou a reoxidação da hidroquinona a benzoquinona por oxigênio molecular. Dessa forma, a desidrogenação oxidativa aeróbica também pode ser realizada sob pressão atmosférica. A reação com g-terpineno, o isômero mais reativo, resultou em p-cumeno com rendimento praticamente quantitativo e mostrou número de rotação elevado, em tono de 1000. O escopo de solventes para essa reação foi estendido para solventes alcoólicos ou amídicos não ácidos. a-Terpineno também foi aromatizado, sob condições similares, formando p-cumeno com excelente rendimento (95 %). Por outro lado, a desidrogenação do limoneno e terpinoleno, substratos que contêm uma ligação dupla exocíclica, pareceu ser precedida pela isomerização da ligação dupla; então, essas reações requereram a presença de co-catalisadores ácidos e formaram p-cumeno com rendimento baixo (aproximadamente 60 %). A oxidação aeróbica catalisada por paládio do estireno e do 2-vinilnaftaleno em soluções de DMA/H2O ou DMF/H2O, sob condições de reação relativamente brandas (25-60 °C, no caso do estireno; 60-80 °C, no caso do 2-vinilnaftaleno; 1-10 atm) também foi estudada. O catalisador PdCl2 foi empregado na ausência de co-catalisadores ou ligantes estabilizantes especiais e foi reciclável. As metil-cetonas correspondentes foram obtidas com rendimentos excelentes, utilizando-se pequenas quantidades de catalisador (0,2-5 mol%) e números de rotação elevados (em torno de 1000). Esse método catalítico simples e eficiente representa um avanço bastante atrativo, tanto do ponto de vista ambiental quanto econômico, para a síntese de compostos industrialmente importantes usados na manufatura de vários polímeros e medicamentos. Por fim, estudou-se a oxidação alílica do limoneno e do a-terpineol com oxigênio molecular catalisada pela combinação Pd/Bq em soluções de ácido acético, sob condições de reação relativamente brandas (70-90 °C; 1-10 atm). O sistema catalítico Pd/Bq foi empregado na ausência de co-catalisadores redox auxiliares. Dessa forma, a benzoquinona foi reciclada diretamente por oxigênio sob pressões supra-atmosféricas, evitando, com sucesso, a desativação do catalisador pela precipitação do paládio metálico. Um bom controle da regiosseletividade foi atingido através de mudanças apropriadas do ligante do paládio. Os acetatos alílicos correspondentes foram obtidos com rendimentos excelentes, 96 % para os produtos do limoneno e 80 % do a-terpineol. Todos os derivados terpênicos oxigenados obtidos no presente trabalho apresentaram aromas agradáveis semelhantes a flores e a frutas e, consequentemente, podem ser usados como componentes sintéticos de perfumes, além das potenciais aplicações na indústria farmacêutica. Esse sistema catalítico pode ser, geralmente, aplicado para a oxidação alílica de cicloalcenos simples. Por exemplo, o cicloexeno originou o correspondente acetato alílico com rendimento praticamente quantitativo.  
Abstract: This work describes the development of the catalytic systems based on palladium and/or benzoquinone for the selective oxidation of olefins with molecular oxygen and the optimization of reaction conditions to attain the best yield for the desired products. The aerobic dehydrogenation of cheap and easily available p-menthenic terpenes, e.g., g-terpinene, a-terpinene, limonene, and terpinolene, to the commercially more valuable p-cymenehas been developed. The reaction is catalyzed by benzoquinone and occurs in acetic acid solutions under relatively mild conditions (80-100 °C, 5-10 atm). In the presence of Cu(OAc)2 as co-catalyst which accelerates the reoxidation of hydroquinone to benzoquinone by molecular oxygen, the aerobic dehydrogenation can be performed even under atmospheric pressure. Thereaction with g-terpinene, the most reactive isomer, gives p-cymene in near quantitative yield andshows high turnover numbers (up to 1000). The solvent scope for this reaction can be extended to more friendly non-acidic alcoholic or amidic solvents. a-Terpinene also undergoes aromatization under similar conditions giving p-cymene in excellent yield (95 %). On the other hand, the dehydrogenation of limonene and terpinolene, the substrates containing an exocyclic double bond, seems to be preceded by the double bond isomerization; so that these reactions require thepresence of acid co-catalysts and give p-cymene in lower yields (ca. 60 %). Palladium catalyzed aerobic oxidation of styrene and 2-vinylnaphthalene in DMA/H2O or DMF/H2O solutions under mild conditions has been developed, in which PdCl2 is used in the absence of co-catalysts or special stabilizing ligands as the sole and recyclable catalyst. Corresponding methyl ketones have been obtained in good to excellent yields with low catalyst loadings (0.2-5 mol %) and high turnover numbers (up to ca. 1000 to Pd). This simple and efficientcatalytic method represents ecologically benign and economically attractive synthetic pathway to the industrially important compounds used in the manufacture of various polymers and drugs. The allylic oxidation of limonene and a-terpineol with molecular oxygen catalyzed by the combination of palladium(II) complex and benzoquinone in acetic acid solutions under relatively mild conditions (70-90 °C; 1-10 atm) has been developed. The palladium/benzoquinone catalytic system is used in the absence of auxiliary redox-active co-catalysts. Benzoquinone is directly recycled by molecular oxygen under superatmospheric pressures, which prevents the deactivation of the catalyst by precipitation of inactive palladium metal. A good control of regioselectivity has been achieved through the appropriate choice of ligands on palladium. Corresponding allylic acetates have been obtained in good to excellent yields (96 % for limonene and 80 % for a-terpineol). All oxygenated terpenic derivatives obtained in the present work have a pleasant scent with flower or fruit tinge and could be useful as components of synthetic perfumes in addition to their potential applications in pharmaceutical industry. The catalytic system can be generally applied to the allylic oxidation of simple cycloalkenes with molecular oxygen, e.g., cyclohexene gives corresponding allylic acetate in a nearly quantitative yield
Subject: Química inorgânica
Olefinas
Catálise
Industria quimica
Química ambiental
Química
Catalisadores
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/SFSA-8UTV2X
Issue Date: 23-Mar-2012
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