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Título: Nanopartículas de cobre auto-suportadas em vidros borofosfatos para reações click
Título(s) alternativo(s): Self-supported copper nanoparticles on borophosphate glasses for click reactions
Autor(es): Tavares, Cassia Jackline
Orientador(es): Schneider, Ricardo
Palavras-chave: Catálise heterogênea
Compostos heterocíclicos
Nanotecnologia
Heterogeneous catalyses
Heterociclic compounds
Nanotechnology
Data do documento: 3-Mar-2020
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Toledo
Citação: TAVARES, Cassia Jackline. Nanopartículas de cobre auto-suportadas em vidros borofosfatos para reações click. 2020. Dissertação (Mestrado em Processos Químicos e Biotecnológicos) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Toledo, 2020.
Resumo: Este trabalho compreende a síntese, caracterização e aplicação de vidros borofosfatos que atuam como suportes heterogêneos para o crescimento de nanopartículas de cobre (CuNPs). A matriz vítrea (vidro borofosfato) foi obtida pela via convencional de fusão-resfriamento com razão molar NaH2PO4/H3BO3 igual a 2, adicionando-se 10 mol% de Al2O3 a fim de aumentar a resistência química frente à umidade. Posteriormente, foi realizada a dopagem sobre a superfície da matriz vítrea utilizando-se 12 mol% de íons Cu+. Após a dopagem, o vidro foi submetido ao tratamento térmico em atmosfera redutora de gás hidrogênio (H2), processo pelo qual os íons Cu+ reagem com H2 a 430 ℃ em um relativo curto espaço de tempo de 45 minutos, induzindo a migração dos íons de cobre do interior da matriz vítrea em direção a superfície do material formando nanopartículas de cobre via processo bottom-up. Na sequência, foi realizada uma investigação acerca das propriedades catalíticas das nanopartículas de cobre bem como sua auto aderência no suporte composto de vidro borofosfato. Para isso, desenvolveu-se uma metodologia sintética para a aplicação das CuNPs envolvendo o aquecimento convencional a 80 ℃ entre um alcino terminal e azida orgânica para obtenção de derivados de 1,2,3-triazóis. A classe dos compostos heterociclos 1,2,3-triazólicos atua como intermediários sintéticos de fármacos com importante atividade biológica. Entretanto, as rotas sintéticas descritas na literatura para obtenção destes produtos apresentam desvantagens, visto que as mesmas utilizam solventes, catalisadores não recuperáveis, longos períodos de reação com elevada temperatura e formação de dois regioisômeros. Diante disso, a busca por metodologias sustentáveis que proporcionem redução nos danos ambientais tem atraído atenção na pesquisa científica, sobretudo que contemplem os princípios estabelecidos pela Química Verde. As reações estabelecidas para a aplicação do catalisador são baseadas na abordagem da click chemistry, conhecidas por serem reações rápidas e estereoespecíficas. A atividade catalítica do vidro borofosfato dopado com cobre demonstrou-se eficiente para reações orgânicas obtendo-se rendimentos de bons a excelentes, o uso do catalisador favoreceu a formação exclusiva do regioisômero de interesse (1,2,3-triazol-1,4-dissubstituído). A natureza física do suporte vítreo permitiu que o catalisador pudesse ser isolado da fase líquida com facilidade e extraído através de métodos simples de separação. Além disso, o catalisador apresentou potencial para reciclagem, sendo possível reutilizá-lo por mais cinco ciclos seguidos apresentando decréscimos sutis nos rendimentos.
Abstract: This paper comprises the synthesis, characterization and application of borophosphate glasses that act as heterogeneous supports for the growth of copper nanoparticles (CuNPs). The glass matrix (borophosphate glass) was obtained by the conventional melting-cooling way with a molar ratio of NaH2PO4/H3BO3 equal to 2, adding 10 mol% of Al2O3 in order to increase the chemical resistance against moisture. Subsequently, doping was carried out on the surface of the glass matrix using 12 mol% Cu+ ions. After doping, the glass was subjected to thermal treatment in a hydrogen gas H2 reducing atmosphere, a process by which Cu+ ions react with H2 at 430 ℃ in a relative short time of 45 minutes, inducing migration of copper ions from inside the vitreous matrix towards the surface of the material forming copper nanoparticles via the bottom-up process. Then, an investigation about the catalytic properties of copper nanoparticles as well as their self-adhesion on the support made of borophosphate glass was conducted. For this, a synthetic methodology was developed for the application of CuNPs involving conventional heating at 80 ℃C between a terminal alkaline and organic azide to obtain 1,2,3-triazole derivatives. The class of 1,2,3-triazole heterocycle compounds act as synthetic intermediates of drugs with important biological activity. However, the synthetic routes described in the literature for obtaining these products have disadvantages, since they use solvents, non-recoverable catalysts, long reaction periods with high temperature and formation of two regioisomers. That said, the search for sustainable methodologies that provide for environmental damage reduction has attracted attention in scientific research, especially those about the principles established by Green Chemistry. The reactions established for the catalyst application are based on the click chemistry approach, known for being fast and stereospecific reactions. The catalytic activity of copper doped borophosphate glass proved to be efficient for organic reactions with good to excellent yields. The use of the catalyst favored the exclusive formation of the regioisomer of interest (1,2,3-triazole-1,4- disubstituted). The physical nature of the vitreous support allowed the catalyst to be easily isolated from the liquid phase and extracted using simple separation methods. In addition, the catalyst showed potential for recycling, being possible to reuse it for another five cycles in a row, presenting subtle yield decreases.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/23848
Aparece nas coleções:TD - Programa de Pós-Graduação em Processos Químicos e Biotecnológicos

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