Author: JEMINA TAMARA VAZQUEZ RODRIGUEZ

Hidrotalcitas Al/Mg como catalizadores en la síntesis de compuestos dicarbonilos

JEMINA TAMARA VAZQUEZ RODRIGUEZ (2018)

95 páginas. Maestría en Ciencias e Ingeniería de Materiales.

Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (México).

En el presente trabajo se realizó la síntesis de los compuestos tipo hidrotalcita por el método de coprecipitación, en las siguientes relaciones molares: 2, 3 y 4. Se propone estos materiales por ser ampliamente usados como catalizadores básicos en reacciones de transformación y síntesis orgánica, pues esta propiedad se puede modular independientemente de si se usan secas, calcinadas (óxido mixto aluminio-magnesio) o reestructuradas por rehidratación. Con el fin de utilizar el material con las mejores propiedades y características requeridas para la reacción de Michael, se evaluó cada una de ellas por medio de las siguientes técnicas de caracterización: difracción de rayos-X (DRX), absorción atómica (AA), termogravimetría (ATG, ATD), microscopia electrónica de barrido (MEB) y determinación del área específica mediante la adsorción de nitrógeno a su temperatura de ebullición. Todo ello con el fin de utilizar la relación más óptima como catalizador en las reacciones de formación de compuestos dinitrados. De la caracterización de los materiales se observó que el material con la relación Mg/Al = 3 en su forma calcinada fue el que exhibió las mejores características y propiedades para realizar la reacción. Esto debido a que promueve sitios de basicidad de Lewis, que son ideales para promover la reacción hacia el producto principal. Se realizaron las reacciones de los siguientes compuestos nitrados: nitrometano, nitroetano, 1-nitropropano y 2-nitropropano cada uno de ellos con el compuesto β-nitroestireno con el fin de analizar los mejores rendimientos. Estas reacciones se realizaron por medio de microondas, tomando como referencia de temperatura de operación el punto de ebullición de cada uno de los compuestos nitrados. El mejor rendimiento fue con el nitrometano alcanzando el 71%. En el caso de los otros compuestos nitrados el rendimiento fue menor del 50%, debido a la menor actividad del catalizador para estos compuestos. También se pudo observar que el método de síntesis tiene una gran influencia en las propiedades del catalizador, pues se obtuvieron mayores rendimientos con el material que exhibió un mejor arreglo y una mayor cristalinidad. Otros factores que mejoraron la actividad del catalizador fueron, un incremento en la temperatura de reacción y una etapa de presecado del catalizador. Este proyecto es una contribución a la química fina, debido a que se propone la síntesis de productos intermedios nitrados que fácilmente se pueden transformar en compuestos dicarbonilos de alto valor agregado, que se pueden usar como productos de partida para la obtención de una gran variedad de compuestos. También, es una contribución a la química sostenible o química verde ya que los catalizadores del tipo hidrotalcita son amigables para el medio ambiente y son fácilmente recuperables y reutilizables en varios ciclos de reacción.

In the present work, the synthesis of hydrotalcite-type compounds was carried out by the coprecipitation method, in the following molar ratios: 2, 3 and 4. These materials are proposed because they are widely used as basic catalysts in transformation reactions and organic synthesis, because this property can be modulated independently of whether they are used dry, calcined (mixed oxide aluminum-magnesium) or restructured by rehydration. In order to use the material with the best properties and characteristics required for the Michael reaction, each was evaluated by means of the following characterization techniques: X-ray diffraction (DRX), atomic absorption (AA), thermogravimetry (TGA, DTA), scanning electron microscopy (SEM) and determination of the specific area by adsorbing nitrogen at its boiling temperature. All this in order to use the most optimal ratio as a catalyst in the dinitrate compound formation reactions. From the characterization of the materials it was observed that the material with the ratio Mg / Al = 3 in its calcined form was the one that exhibited the best characteristics and properties to carry out the reaction. This is because it promotes Lewis basicity sites, which are ideal for promoting the reaction to the main product. The reactions of the following nitrated compounds were performed: nitromethane, nitroethane, 1-nitropropane and 2-nitropropane each with the compound β-nitrostyrene in order to analyze the best yields. These reactions were carried out by means of microwaves, taking the boiling point of each of the nitrated compounds as reference for operating temperature. The best performance was with nitromethane reaching 71%. In the case of the other nitrated compounds, the yield was less than 50%, due to the lower catalyst activity for these compounds. It was also observed that the synthesis method has a great influence on the properties of the catalyst, since higher yields were obtained with the material that exhibited a better arrangement and a higher crystallinity. Other factors that improved catalyst activity were an increase in the reaction temperature and a pre-drying step of the catalyst. This project is a contribution to fine chemistry, because it proposes the synthesis of nitrated intermediates that can easily be transformed into high added value dicarbonyl compounds, which can be used as starting materials to obtain a wide variety of compounds It is also a contribution to sustainable chemistry or green chemistry since hydrotalcite type catalysts are environmentally friendly and are easily recoverable and reusable in several reaction cycles.

Master thesis

Hydrotalcite. Dicarboxylic acids. Catalysis. Catalizadores. Q11 BIOLOGÍA Y QUÍMICA QUÍMICA QUÍMICA FÍSICA CATÁLISIS