Desenvolvimento de novo método sonoeletrocatalítico para hidrogenação de substratos orgânicos

Abstract

A hidrogenação é uma reação química de grande importância para as indústrias petroquímica e de química fina, no presente trabalho foi desenvolvido um novo método de hidrogenação eletrocatalítica (HEC) de cetonas α,β-insaturadas, em meio aquoso na presença de irradiação de ultrassom. A tese foi dividida em duas partes: a primeira foi dedicada ao estudo exploratório dos fatores influentes no processo de hidrogenação sonoeletrocatalítica (HSEC); a segunda foi dedicada à otimização do processo HSEC na modificação eletroquímica do safrol, por meio de ferramentas quimiométricas. Na primeira etapa, foram determinadas as condições ótimas para a HSEC da (R)-(+)-pulegona. O uso de ultrassom em modo contínuo (14 W), sem controle de temperatura, mostrou-se mais eficaz se comparado à aplicação de pulsos de ultrassom em intervalos de 0,2 s. A irradiação simultânea por ultrassom durante o processo eletroquímico mostrou um efeito sinérgico, capaz de gerar radicais H• a partir da ruptura da ligação H-O da água, que, somados aos radicais H• eletroquimicamente gerados na superfície do cátodo, aumentam a eficiência de corrente (até 200%) e os rendimentos (até 200%). Microesferas de quitosana foram utilizadas na remoção de Ni2+ da solução aquosa, apresentando uma eficiência de 64%. O método também foi aplicado na HSEC das substâncias: acetilcicloexeno, 2-cicloexen-1-one com 100% de rendimento, isoforona (91%), (S)-(+)-carvona (89,5%), β-ionona (77,5%), α-ionona (71%), 4- metilpent-em-2-one (93,5%), 2-metil-2-ciclopenten-1-ona (100%). Na segunda etapa do trabalho, a otimização da metodologia de HSEC proposta foi realizada por meio da aplicação de um planejamento fatorial fracionário (2v5-1) para hidrogenação do safrol, estimando as variáveis: material da matriz catódica (níquel ou cobre), uso de β-ciclodextrina (presença ou ausência), tipo de célula sonoeletroquímica (célula 4 vias ou com difusor de calor), modo de aplicação do ultrassom (contínuo ou pulsado) e controle de temperatura (presença ou ausência) da solução. Os dados estatísticos revelaram que as condições ótimas de operação foram: a célula eletroquímica de 4 vias, o uso da matriz catódica de cobre ou níquel, mediante aplicação contínua de ultrassom (14W), sem controle de temperatura e na ausência ou presença de β-ciclodextrina, corroborando assim os resultados preliminares da metodologia desenvolvida para reações de HSEC com cetonas α,β-insaturadas. O melhor rendimento encontra-se na tabela 2 com 93,78% de conversão, porém também temos mais entradas com rendimentos similares acima de 92% de conversão.