Sistemas catalíticos porosos basados en materiales de carbón eficientes en la síntesis de heterociclos bioactivos

Resumen

RESUMEN TESIS MARINA GODINO Desde principios de los años 80, en el contexto de un desarrollo equilibrado y sostenible, las industrias químicas de todo el mundo llevan a cabo la síntesis de productos de Química Fina y sus intermedios. A menudo, la catálisis está implicada en el desarrollo de Productos con Alto Valor Añadido, ya que permite mejorar los procesos de producción y minimizar todos aquellos productos no deseados por su toxicidad y su grado de contaminación. En este contexto, la catálisis juega un papel fundamental en el desarrollo de nuevos procesos compatibles con el medio ambiente. El uso de catalizadores, en particular catalizadores heterogéneos, en procesos químicos de interés no sólo reduce el impacto medioambiental, desde un punto de vista tanto energético como de generación de residuos, sino que también disminuye considerablemente el costo de los procesos simplificando al máximo las etapas de aislamiento y purificación de los productos de reacción, aspecto fundamental para la industria. Por otro lado, los materiales de carbón pueden ser muy diversos debido a la gran variedad de materias primas y a los métodos de síntesis disponibles. Son materiales que vienen demostrando una gran aplicabilidad en procesos de adsorción y catálisis ya que tanto sus propiedades texturales, porosidad y química superficial se pueden optimizar para adecuarlas a un uso específico. No obstante, estos materiales no se han usado nunca en el desarrollo de catalizadores heterogéneos para la síntesis de quinolinas. El objetivo general de esta Tesis Doctoral es el diseño y síntesis de nuevos sistemas catalíticos porosos basados en materiales de carbón, y su utilización en la síntesis de heterociclos nitrogenados mediante la condensación de Friedländer. Los resultados obtenidos se dividieron en cuatro capítulos que se resumen a continuación: 1. Descripción de una familia de carbones activados básicos preparados por pirólisis de mezclas de tereftalato de polietileno y magnesita natural, como precursores de carbón y MgO, respectivamente, y su utilización como nanocatalizadores ecoeficientes en la síntesis de heterociclos nitrogenados. Además, se describe, por primera vez, el estudio del mecanismo de la reacción catalizada por clústers de MgO, la especie catalítica predominante. 2. Estudio de la influencia de la química superficial de distintos materiales de carbón, aerogeles de carbón, en la condensación de Friedländer para la síntesis de quinolinas. Aunque el soporte carbonoso está implicado en la reacción, activando probablemente los reactivos mediante interacciones de -stacking, la combinación de los resultados experimentales y teóricos obtenidos demuestra que los sitios catalíticos activos podrían estar constituidos por grupos –CO2H que actúan de forma individual. 3. Descripción de diferentes aerogeles de carbón dopados con metales de transición – Co, Ni y Cu – activos en la condensación de Friedländer para la síntesis de quinolinas. El interés de este estudio reside en la descripción de una nueva fase activa para reacciones en cascada, condensación aldólica-heterociclación-deshidratación, no descrita hasta el momento y constituida por nanopárticulas de Co0 o Cu0. 4. Estudio comparativo de diferentes aerogeles de carbón dopados con Co0 o con nanopartículas de Co0 soportadas con aquellos sometidos, además, a tratamiento oxidante con peróxido de hidrógeno, activos en la condensación de Friedländer. El estudio realizado demuestra que no existe sinergismo alguno entre las distintas fases activas que podrían actuar en cooperación, Co0 y grupos –CO2H, observándose una disminución de la actividad de los catalizadores. Es más, todos los factores que afectan a la dispersión de la fase activa en las muestras y a la accesibilidad de los reactivos a los centros catalíticos activos influencian la actividad de los nanocatalizadores.