Nanocatalisadores metálicos de paládio e prata estabilizados com novos líquidos iônicos piridínicos para aplicação em reações de Heck e redução

Abstract

Este trabalho foi dividido em: (i) síntese de novos líquidos iônicos (LIs) piridínicos para utilização na estabilização de nanopartículas de prata (Ag-NPs) para aplicação na reação de redução do p-nitrofenol (NIP) e (ii) a introdução da ciclização do N-(o-iodobenzoil)-3-metilindol (MIAc), como modelo de reação de Heck para avaliação in situ, por espectroscopia UV-visível (UV-vis), da atividade de catalisadores a base de paládio molecular ou coloidal. Nove LIs foram sintetizados variando-se a cadeia alquílica ligada ao nitrogênio piridínico (metil, butil e octil) e contra-íons (haletos, tetrafluoroborato (BF4) e bis(trifluorometilsulfonil)imidato (NTf2)) e utilizados na estabilização de Ag-NPs. Para comparar os nove sistemas Ag-NPs/LI, verificou-se sua atividade catalítica na reação de redução do NIP, cujo progresso é facilmente monitorado por UV-vis. Todos os nanocatalisadores apresentaram atividade na redução do NIP sendo que, em geral, as maiores constantes de velocidade foram obtidas quando LIs metilados foram utilizados como estabilizante. Na reação de ciclização do MIAc, três sistemas catalíticos foram testados: nanopartículas de paládio (Pd-NPs/LI-Me(I)) pré-formadas e estabilizadas pelo LI N-metilpiridínico (LI-Me(I)); Pd(OAc)2 e Pd(OAc)2 com adição de LI-Me(I) (Pd(OAc)2/LI-Me(I)). Diversos experimentos foram realizados como variação da quantidade do catalisador, da concentração e natureza da base, do solvente e do LI, além de análises por microscopia eletrônica de transmissão (TEM) em diferentes tempos de reação e envenenamento com Hg. Após essa série de experimentos, pode-se dizer que a ciclização do MIAc foi introduzida com êxito como modelo de reação de Heck uma vez que seu progresso foi acompanhado in situ por UV-vis facilitando a realização de diversos experimentos para obtenção dos parâmetros cinéticos TON (mol de catalisador/mol de produto) e TOF (TON/tempo), com os quais comparou-se a atividade e aplicabilidade de sistemas catalíticos a base de paládio. Além disso, demonstrou ser uma reação relativamente branda ocorrendo em meio aquoso, na ausência de atmosfera inerte e a 80 ºC. O sistema Pd(OAc)2/LI-Me(I), com 1x10-3 mmol L-1 de LI-Me(I), resultou nos maiores parâmetros TON e TOF e maior conversão ao produto de ciclização.<br>

Abstract : The present work is divided in: (i) synthesis of new pyridinium ionic liquids (LIs) to use as stabilizing agents of silver nanoparticles (Ag-NPs), whose application was the reduction reaction of p-nitrophenol (NIP) and (ii) the introdution of (2-iodophenyl)(3-methyl-1H-indol-1-yl)methanone (MIAc) ciclization as a model reaction, for the in situ evaluation by UV-vis Spectroscopy (UV-vis) of Pd catalysts based on molecular or colloidal palladium. Nine LIs were synthesized modifying the alkyl chain bounded to the pyridine nitrogen (methyl, butyl and octyl) and the counteranion (halides, tetrafluoroborate (BF4-) and bis(trifluoromethylsulfonyl)imidate (NTf2-)). To compare the nine Ag-NPs/LI systems, their catalytic activity was evaluated in the NIP reduction reaction, whose progress can be easily monitored by UV-vis. All Ag-NPs/LI catalyst showed a good catalytic activity for the NIP reduction but, in general, the highest rate constants were obtained with methylic LIs. For the MIAc ciclization, three catalytic systems were evaluated: as-formed palladium nanoparticles (Pd-NPs/LI-Me(I)) stabilized by N-methylpyridinic LI, Pd(OAc)2, and Pd(OAc)2 with LI-Me(I) addition (Pd(OAc)2/LI-Me(I)). A series of experiments was carried out including varying the amount of catalyst, the concentration and nature of the base, solvent, and LI, analysis by transmission electronic microscopy (TEM) at different times of the reaction and poisoning tests with Hg. After this series of experiments, it can be said that the cyclization of MIAc was successfully introduced as a model for Heck reaction since its progress was easily monitored in situ by UV-vis, facilitating the implementation of several experiments and obtaining the kinetic parameters TON (mol of product/mol of catalyst) and TOF (TON/time), in which the activity and applicability of the catalytic systems could be compared. Furthermore, the reaction was carried out at relatively mild conditions once it occurs in aqueous medium, in the absence of inert atmosphere, and at 80 ° C. The Pd(OAc)2/LI-Me(I) system with 1x10-3 mmol L-1 of LI-Me(I) resulted in both, highest kinetic parameters TON and TOF and ciclization product conversion.