Use este identificador para citar ou linkar para este item: http://hdl.handle.net/1843/SFSA-B6YQ72
Tipo: Tese de Doutorado
Título: Propriedades estruturais, eletrônicas e caracterização de sítios ácidos e básicos de Lewis das redes metalorgânicas M2DEBDC (M = Mg, Co ou Mn e E = O ou S)
Autor(es): Aline de Oliveira
Primeiro Orientador: Heitor Avelino De Abreu
Primeiro Coorientador: Guilherme Ferreira de Lima
Primeiro membro da banca : Ricardo Luiz Longo
Segundo membro da banca: Josefredo Rodriguez Pliego Junior
Terceiro membro da banca: Gilson de Freitas Silva
Quarto membro da banca: João Paulo Ataide Martins
Resumo: As redes metalorgânicas (do inglês: Metal-Organic Frameworks - MOFs) constituem uma classe de materiais porosos com uma diversidade muito grande de estruturas químicas. Por isso, apresentam características promissoras para serem utilizadas em estocagem de gases, métodos de separação, como sensores, na liberação controlada de fármacos, como magnetos e na catálise. A compreensão das características químicas desses materiais ao nível molecular pode auxiliar no planejamento de novas MOFs com propriedades ajustadas a um determinado propósito específico de uso. Uma ferramenta utilizada para o entendimento de processos químicos ao nível molecular é a simulação computacional empregando-se a Teoria do Funcional da Densidade (do inglês: Density Functional Theory - DFT). As redes metalorgânicas de fórmula química M2DEBDC (M = Mg, Co ou Mn e E = O ou S) constituídas pelos cátions metálicos divalentes M(II) e pelos ligantes orgânicos DOBDC (2,5-dihidroxo-benzeno-1,4-dicarboxilato) e DSBDC (2,5-disulfidril-benzeno-1,4-dicarboxilato) apresentam características muito interessantes. Essas MOFs possuem uma grande densidade de sítios metálicos coordenativamente insaturados em um ambiente químico bem determinado, além de possuírem canais com diâmetros de aproximadamente 15 Å. Simulações computacionais das MOFs M2DEBDC (M = Mg, Co ou Mn e E = O ou S) foram realizadas empregando-se a DFT. Diferentes níveis teóricos foram investigados e aqueles que forneceram dados dos materiais em melhor acordo com os da literatura foram PBE-D2/US, PBE-D2+U4+J1/US e PBE-D2+U5,5+J0/US para as MOFs Mg2DEBDC, Co2DEBDC e Mn2DEBDC, respectivamente. As investigações indicaram que os materiais constituídos pelo cátion Mg(II) são os que apresentam os melhores sítios ácidos de Lewis, enquanto que aqueles constituídos pelo ligante DSBDC são os que apresentam sítios básicos de Lewis mais disponíveis para interações com substratos. Foi observado também que esses materiais podem ser ordenados na seguinte ordem crescente de flexibilidade estrutural para acomodarem moléculas reagentes em seus canais: Mg2DOBDC < Co2DOBDC < Mg2DSBDC _~ Co2DSBDC < Mn2DOBDC _~ Mn2DSBDC. Uma avaliação desses sólidos como catalisadores para a reação de cianossililação de aldeídos foi realizada, tendo-se observado indícios de uma performance catalítica superior da MOF Mn2DOBDC em relação à Mg2DOBDC, como observado experimentalmente. Uma investigação preliminar das redes metalorgânicas M2DEBDC como catalisadores para a cicloadição de dióxido de carbono foi realizada, indicando que a interação das moléculas do CO2 ocorre com os sítios básicos de Lewis do sólido, enquanto os epóxidos interagem com os sítios ácidos.  
Abstract: Metal-Organic Frameworks (MOFs) constitute a class of porous materials with a very large diversity of chemical structures. Therefore, the MOFs present promising characteristics to be used in gas storage,separation methods, as sensors, in controlled drugs release devices, as magnets, and in catalysis. The understanding of the chemical characteristics of these materials at molecular level can assist in thedesign of new MOFs with optimized properties to a specific purpose of use. A tool used to understand chemical processes at the molecular level is the computational simulation using the Density FunctionalTheory (DFT). The metal-organic frameworks of the chemical formula M2DEBDC (M = Mg, Co or Mn and E = O or S) consisting of the divalent metallic cations M(II) and the organic ligands DOBDC (2,5-dihydroxybenzene-1,4-dicarboxylate) or by DSBDC (2,5-disulfhydrylbenzene-1,4-dicarboxylate) exhibit very interesting characteristics. These MOFs have a high density of coordinatively unsaturated metallic sites in a well-determined chemical environment, besides having channels with diameters around 15 Å. Computational simulations of the MOFs M2DEBDC (M = Mg, Co or Mn and E = O or S)were performed using DFT. Different theoretical levels were investigated and the ones that provided data of the materials in better agreement with the literature were PBE-D2/US, PBE-D2+U4+J1/US andPBE-D2+U5,5+J0/US to the MOFs Mg2DEBDC, Co2DEBDC and Mn2DEBDC, respectively. The investigations indicated that the materials composed by the Mg(II) cations present the best Lewis acidicsites, whereas the ones composed by the ligand DSBDC present the Lewis basic sites most available to interactions with substrates. It has also been observed that these materials can be classified in thefollowing increasing order of structural flexibility to accommodate reagent molecules in their channels: Mg2DOBDC < Co2DOBDC < Mg2DSBDC _~ Co2DSBDC < Mn2DOBDC _~ Mn2DSBDC. An evaluation of these solids as catalysts for the cyanosilylation of aldehydes reaction was performed,which shows evidences of a superior catalytic performance of the MOF Mn2DOBDC in comparison to Mg2DOBDC, as it was experimentally observed. A preliminary investigation of the solids M2DEBDCas catalysts for the cycloaddition of carbon dioxide to epoxides was performed, indicating that the interaction of the CO2 molecules occurs with the Lewis basic sites of the MOFs, while the epoxidesinteract with the acidic sites.
Assunto: Materiais porosos
Físico-química
Compostos de coordenação
Catálise
Quimica quântica
Funcionais de densidade
Idioma: Português
Editor: Universidade Federal de Minas Gerais
Sigla da Instituição: UFMG
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/SFSA-B6YQ72
Data do documento: 23-Nov-2018
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