Aplicación de ligandotecas quirales para la hidrogenación asimétrica de olefinas y iminas mediante técnicas combinatorias

Proyecto de investigación realizado a partir de una estancia en la Uppsala University entre octubre y noviembre del 2007. El proyecto se ha centrado en la utilización de métodos combinatorios para el cribado de ligandotecas quirales para la hidrogenación asimétrica de olefinas no funcionalizadas y iminas. Concretamente, se han cribado cuatro ligandotecas utilizando un multireactor de 12 reactores independientes con controlador de temperatura, agitación y presión. Este equipo permitió la toma y análisis de las muestras de forma automática por cromatrografía. Las ligandotecas contemplaban una variación sistemática de varios parámetros estructurales y/o electrónicos (módulos), que permitieron correlacionar las variaciones en los módulos con los cambios de actividad y selectividad del catalizador. Esto llevó a optimizar los modulos del ligando y la obtención de resultados excelentes en la hidrogenació asimétrica de diferentes olefinas no funcionalizadas. Los resultados superan a los mejores descritos en la bibliografía en esta reacción con la ventaja añadida del uso de ligandos de bajo coste y fáciles de sintetizar. Este trabajo representa la primera aplicación de ligandos fosfito para hidrogenación asimétrica.

Síntesis y caracterización de complejos moleculares de rutenio que incorporan el ligando Py4lm en su estructura. Aplicación en catálisis de oxidación de agua y de epoxidación de olefinas

El ligando Py4Im contiene 4 grupos piridina y 1 grupo imidazol, y se puede considerar un miembro de la familia de ligandos Py5H2 y de sus derivados Py5R2. Este tipo de ligandos tienen la particularidad de aumentar la estabilidad de los estados de oxidación altos de los metales de la segunda y tercera serie de transición a los que se coordinan y a su vez favorecer cambios de estados de oxidación dielectrónicos. En este trabajo se pretende sintetizar complejos de rutenio que incorporen el ligando Py4Im en su estructura, con el objetivo de utilizar sus propiedades como catalizadores en los procesos de oxidación del agua, a partir de los cuales se produce oxígeno molecular, y también en los procesos de epoxidación de olefinas.

Ativação do peróxido de hidrogênio para a epoxidação de olefinas não-funcionalizadas

A general overview about the more useful activating agents of the hydrogen peroxide in the epoxidation of unfunctionalized alkenes, focusing mechanistic proposals. Moreover, reactivity and stereochemistry, including the stereogenic effect of the hydroxyl group is presented.

Reações de ozonólise de olefinas em fase gasosa

Biogenic emissions of volatile organic compounds play a fundamental role in the atmospheric chemistry, vegetation being one of their major sources. Amongst the VOCs emitted by plants, olefins and terpenoids are the most abundant. These compounds, due to the presence of two or more double bonds and other structural features, are very reactive in the atmosphere and act as precursors of the photochemical smog and aerosols. This article presents a review of the reactions of olefins and terpenoids with ozone, in the gas phase, with emphasis toward the mechanisms and kinetic aspects.

A reação de metátese de olefinas: reorganização e ciclização de compostos orgânicos

The olefin metathesis reaction allows the exchange of complex alkyl units between two olefins, with the formation of a new olefinic link and a sub-product olefin usually ethylene. This reaction has found extensive application in the last ten years with the development of the Grubbs and Schrock catalysts, in total synthesis of complex organic molecules, as opposed to the very important use in the petrochemical industry with relatively simple molecules. This review intends to trace a historical and mechanistic pathway from industry to academy, before illustrating the more recent advances.

Metátese de olefinas no Brasil: "Brazil is romping it!"

Some aspects of the olefin metathesis reactions are summarized here (types of reactions, mechanism and catalysts). In particular, the research groups that have been working on this chemistry in Brazil are presented. The main goal of this paper is to make this type of reaction more widely known in the Brazilian chemical community.

Catálise assimétrica na ciclopropanação de olefinas

The main methodologies in the asymmetric cyclopropanation of alkenes with emphasis on asymmetric catalysis are covered. Exemples are the Simmons-Smith reaction, the use of diazoalkanes and reactions carried out by decomposition of alpha-diazoesters in the presence of transition metals.

Metátese de olefinas aplicada ao fechamento de anéis: uma ferramenta poderosa para a síntese de macrociclos naturais

For a quarter of a century, metathesis has become indispensable for the synthesis of natural and non-natural products, particularly of biologically active compounds. This review illustrates through a maximum of appropriate examples the power and the versatility of the metathesis ring-closure (RCM) reaction as a key ring-closure methodology for the synthesis of natural macrocycles. Its high functional group compatibility as well as the possibility of further transformations makes this reaction a powerful tool in the cases where the structural framework and function requirements are difficult to meet.

Geração de mesoporos em zeólitas ZSM-5 e seus efeitos na conversão do etanol em olefinas

Developing mesoporosity in HZSM-5 zeolites is an alternative for improving their catalytic performance on chemical reactions. In this work, alkaline and thermal treatments were used to produce mesoporosity. These treatments increased mesoporous area and volume. They also influenced the acid properties of the samples. Concerning catalytic performance, treatments modified reaction product distribution. Whereas alkaline treatment favored formation of olefins and increased propene ratio in the beginning of the reaction, thermal treatment resulted in formation of only ethylene due to the low acidity of the sample.

Reações de oxidação de álcoois e olefinas promovidas por complexos de metais de transição imobilizados em líquidos iônicos fluorados

Neste trabalho foi estudada a viabilidade da transposição direta de reações de oxidação efetuadas em meio homogêneo ou meio bifásico aquoso para meio bifásico onde líquidos iônicos são empregados como agentes imobilizadores dos catalisadores utilizados. A oxidação de álcoois secundários (ciclopentanol) e de álcoois primários ativados (álcool benzílico) mostrou-se mais efetiva quando 1 mol% de RuCl3 imobilizados no líquido iônico tetrafluoroborato de 1-n-butil-3-metilimidazólio (BMI.BF4), 100 °C de temperatura, 7 atm de oxigênio e 24 horas de reação foram empregados, levando a 61% de conversão, 100% de seletividade em ciclopentanona e freqüência de rotação 2,54 h-1 (com peneira molecular no solvente) e 86% de conversão, 95% de seletividade em benzaldeído e freqüência de rotação 3,58 h-1. Estes resultados são superiores aos obtidos em condições homogêneas. Quando o líquido iônico BMI.BF4 foi substituído por líquidos iônicos fluorados, tais como BMI.OOCCF3 e o novo líquido iônico BMI.OOC(CF2)6CF3 a conversão dobrou e a seletividade se manteve em 100%, nas condições estudadas. A oxidação de olefinas (1-deceno) catalisada por PdCl2/CuCl2/O2 apresentou melhores resultados quando 2 mol% de PdCl2 e 4 mol% de CuCl2 foram imobilizados no líquido iônico BMI.BF4 a 80 °C de temperatura, 6 atm de oxigênio e 16 horas de reação foram empregados, levando a 99% de conversão, 53% de seletividade em 2-decanona e freqüência de rotação 3,09 h-1. Quando o sistema catalítico foi reutilizado a conversão foi de 88% e a seletividade 60%.

Líquidos iônicos em catálise bifásica: hidroformilação de alfa-olefinas superiores

O uso estratégico de sistemas bifásicos para preservação das vantagens da catálise homogênea tem se mostrado uma alternativa tecnológica interessante, já que se aliam altas atividades e seletividades, com a possibilidade de recuperação/re-utilização do sistema catalítico. O sistema catalítico Rh(acac)(CO)2/Sulfoxantphos imobilizado no líquido iônico hidrofóbico 1-n-butil-3-metilimidazólio (BMI.PF6) promove a reação de hidroformilação de olefinas pesadas com seletividades em aldeídos superiores a 98%. A regiosseletividade deste sistema é fortemente dependente da natureza do líquido iônico e da fase móvel envolvidos na reação. Estudos sobre transferência de massa gás/líquido também foram realizados e demonstraram que CO é mais solúvel do que H2 no BMI.PF6, na ordem de duas vezes mais, nas condições reacionais utilizadas. A formação do complexo de catalítico em BMI.PF6 foi monitorada por infravermelho (HPIR) e ressonância magnética nuclear (HPNMR) in situ. As mesmas espécies catalíticas ee e ea-(difosfina)Rh(CO)2H observadas em solventes orgânicos foram formadas no BMI.PF6. O uso de HPIR sob condições de hidroformilação mostrou que o equilíbrio dinâmico ee:ea segue um comportamento semelhante ao observado em meio homogêneo onde solventes orgânicos clássicos, como o tolueno, são utilizados.

Desenvolvimento e caracterização de revestimentos protetores contra carburização em tubos de pirólise de hidrocarbonetos na produção de olefinas

Este trabalho consistiu no desenvolvimento de revestimentos protetores contra carburização em ligas HP-40Nb, utilizadas na em fornos de pirólise para produção de olefinas, e do desenvolvimento de aparatos e técnicas para o teste, avaliação e caracterização destes revestimentos em ambientes fortemente carburizantes. Foram testados vários tipos de revestimentos, podendo estes ser resumidos em três grupos: i) camada de difusão de elementos específicos para o interior do metal (Al, Cu e Sn); ii) recobrimento com liga metálica (Ni-50Cr e Ni-5Al) e iii) recobrimento cerâmico (Al2O3, Cr2O3 e Al2O3 - TiO2). Além de revestimentos e camadas de difusão, um quarto tipo de material foi testado em sua resistência à carburização: ligas do tipo Fe-Cr- Al. A fim de testar os revestimentos e materiais desenvolvidos foram testados vários meios carburizantes. O que se mostrou mais adequado foi a mistura gasosa de hidrogênio e n-hexano, a uma temperatura de 1050°C. Foi construído um aparato exclusivamente para estes ensaios de carburização, o qual também foi utilizado para realizar os tratamentos de difusão necessários para produzir alguns dos revestimentos. A avaliação da resistência a carburização dos revestimentos e materiais foi feita por medição da profundidade de avanço da zona de precipitação de carbetos causada pela carburização, feito com auxílio de microscópio ótico. Os resultados dos ensaios mostraram que as camadas de difusão de alumínio, o revestimento da liga Ni-50Cr, o revestimento cerâmico de Al2O3 e as ligas Fe-Cr-Al tiveram bom ou ótimo desempenho como barreiras contra a carburização. Os outros revestimentos ou permitiram a penetração de carbono no metal base ou causaram uma deposição exagerada de coque na superfície dos corpos de prova.

Reações de acoplamento para a obtenção de olefinas

Este trabalho teve como objetivo desenvolver novas metodologias para as reações de acoplamento C-C e C-O para a obtenção de olefinas. Na primeira etapa do trabalho foi desenvolvido um procedimento simples e eficiente para a preparação de estirenos funcionalizados, a partir de reações de acoplamento catalisadas por paládio entre ácidos arilborônicos e o brometo de vinila, gerado in situ a partir do 1,2-dibromoetano. A reação utiliza condições brandas e uma variedade de grupos funcionais é tolerada. Os ácidos arilborônicos contendo grupos eletrodoadores mostraram-se mais reativos na reação de acoplamento. O sistema é muito simples quando comparado com outros sistemas propostos para a obtenção de vinilarenos, não tem o inconveniente de usar etileno sob pressão ou reagentes tóxicos de estanho. Os ésteres α-arilacrílicos são precursores para os ácidos α-arilpropiônicos, importantes não esteroidais, e podem ser obtidos pela reação de acoplamento catalisada por paládio do 2-bromoacrilato de butila com ácidos arilborônicos. Nesse trabalho foram realizados vários experimentos para determinar as melhores condições reacionais. Os melhores resultados foram obtidos com a utilização de Pd(OAc)2 como catalisador, a PCy3 como fosfina ligante, o Cs2CO3 como base e DMA como solvente. Utilizando essas condições, a uma temperatura de 120 oC durante 1.5 h, o produto de acoplamento, o 2-fenilacrilato de butila, foi obtido com 83% de rendimento Na última parte foi investigada a formação de ligações C-O catalisadas por metais. A reação de acoplamento entre o 2-bromoacrilato de butila com fenóis possibilita a obtenção de precursores insaturados para os ácidos α-ariloxipropanóicos, uma importante classe de herbicidas.O sistema catalítico baseado em cloreto de cobre mostrou-se mais ativo do que os sistemas com paládio. O melhor sistema catalítico foi obtido com cloreto de cobre como catalisador, na presença de Cs2CO3 como base e tolueno como solvente. Utilizando essas condições para o acoplamento entre o 2-bromoacrilato de butila e t-butilfenol foi possível obter o 2-(p-tbutilfenoxi)acrilato de butila com 37% de rendimento.

Obtenção de alfa-olefinas em reações de oligomerização do eteno utilizando complexos de níquel em meio homogêneo e bifásico

Neste trabalho são descritos estudos comparativos de reações de oligomerização do etileno utilizando complexos do tipo: Ni-[P^O] e Ni-[Diimina] (na presença de MAO como cocatalisador). A pesquisa foi realizada com o objetivo de verificar e comparar o comportamento dos dois complexos em estudo, quando estes passam do meio homogêneo para o meio bifásico (na presença de um líquido iônico). O líquido iônico utilizado é o tetrafluorborato de 1-butil-3-metilimidazol. Foram avaliados parâmetros reacionais como pressão, temperatura, tempo de reação, velocidade de agitação e volume de líquido iônico para o catalisador Ni-[P^O] nos meios homogêneo e bifásico. Para o precursor Ni-[Diimina], os parâmetros avaliados foram pressão e temperatura nos dois meios. Os produtos obtidos são olefinas lineares e ramificadas, principalmente α-olefinas; com faixa de distribuição de C4 a C20 (Distribuição Shulz-Flowry). As atividades obtidas nos ciclos de reações variam entre 21 h-1 a 32.772 h-1, e os resultados são interpretados envolvendo os mecanismos de reação. Devido as diferenças existentes entre nos complexos em estudo, verifica-se diferentes atividades e diferentes faixas de produtos oligoméricos. O comportamento obtido para cada complexo depende diretamente dos parâmetros reacionais utilizados, além do meio ao qual foram submetidos durante as reações.

Determinação da microestrutura e relação com as propriedades dos terpolímeros de etileno-propileno-alfa-olefinas

Na busca por novos materiais, foram sintetizados uma série de terpolímeros de etilenopropileno –α-olefinas superiores (1-hexeno, 1-deceno e 1-octadeceno) usando o sistema catalítico rac-Et[Ind]2ZrCl2/MAO. A razão entre E/P foi variada e duas concentrações de termonômeros foram estudadas. Neste trabalho foram apresentados os resultados qualitativos e quantitativos da caracterização desses terpolímeros através da técnica de ressonância magnética de carbono 13 (RMN de 13C). Foram apresentados os deslocamentos químicos observados e devidamente identificados, assim como a análise quantitativa da distribuição das tríades, do comprimento médio de unidades consecutivas e das razões de reatividade. O efeito da adição de uma olefina de cadeia longa ao sistema etileno-propileno foi avaliado através dos resultados obtidos da atividade catalítica, teor de incorporação, nas propriedades térmicas, na massa molar e propriedades mecânicas. Também foi realizado um estudo da heterogeneidade de algumas amostras através do fracionamento por eluição com gradiente de temperatura (TREF). O sistema rac-Et[Ind]2ZrCl2/MAO mostrou-se eficiente na terpolimerização do etileno e a técnica de RMN de 13C permitiu a completa caracterização de todos os terpolímeros obtidos. Esses terpolímeros mostraram-se como um sistema complexo onde foi possível observar que, dependendo do tipo de olefina que irá coordenar no sítio ativo do rac- Et[Ind]2ZrCl2/MAO, haverá mudanças significativas nas atividade e nas propriedades desses materiais. Verificou-se que as três α-olefinas superiores estudadas foram incorporadas a cadeia polimérica, sendo que na maioria dos casos a α-olefina mais incorporada foi o 1-octadeceno nas duas concentrações de termonômero analisadas. O aumento da incorporação de propeno acarreta uma diminuição no teor de termonômero incorporado. A incorporação do propeno acarreta uma diminuição das unidades cristalizáveis de etileno, provocando um decréscimo na temperatura de fusão, com o aumento da incorporação de propeno ocorre um aumento das seqüências de propeno cristalizáveis e conseqüentemente a temperatura de fusão. A massa molecular também diminui devido ao aumento das reações de terminação por β-eliminação de hidreto. Observou-se que os terpolímero apresentaram um módulo menor do que os copolímeros. Esses terpolímeros estudados apresentaram um comportamento elastomérico, podendo ser classificados como Elastômeros Termoplásticos.