Síntesis y caracterización de óxido de grafito funcionalizado con derivados y análogos de o-fenilendiamina. Obtención de bencimidazoles

Abstract

Los materiales a base de carbono han sido estudiados recientemente debido a sus potenciales propiedades y posibles aplicaciones en el campo de la física, química, electrónica y mecánica. Un derivado del grafito es el óxido de grafito el cual si bien fue descubierto hace más de un siglo ha despertado gran interés ya que no solo ha resultado ser un precursor de bajo costo para la obtención de grafeno a gran escala si no que los grupos oxigenados del óxido de grafito han permitido funcionalizarlo covalentemente en presencia de precursores que contienen nitrógeno tales como aminas orgánicas. La funcionalizacion covalente del óxido de grafito seguido de una reducción ha logrado ser una forma eficaz de modificar su estructura química y modular sus propiedades eléctricas. Pocas investigaciones se han centrado en el estudio del óxido de grafito funcionalizado no reducido, esto provoca el interés que se tiene por estudiar el proceso de funcionalizacion para lo cual se introdujeron una serie de compuestos orgánicos con grupos amino los cuales permitieron por medio de una reacción de ciclación la formación de bencimidazoles en la estructura del óxido de grafito. El presente trabajo tuvo como objetivo funcionalizar oxido de grafito con análogos y derivados de o-fenilendiamina previamente sintetizados además de servir como precursores para la obtención de bencimidazoles disubstituidos. La síntesis de derivados de o-fenilendiamina partió de o-nitroanilina y o-fenilendiamina con 2-cloropiridina y 2-cloropirimidina respectivamente. Las reacciones fueron efectuadas de manera convencional y asistida por horno de microondas, la caracterización de los productos se realizó por Resonancia Magnética Nuclear de 1H, 13C en equipo BRUKER de 400MHz con DMSOd6 como disolvente y espectroscopia de Infrarrojo por transformada de Fourier los cuales se realizaron en estado sólido en un equipo BRUKER FT-IR ALPHA en el modo de Reflectancia total atenuada. (ATR). Previo a la funcionalizacion el grafito fue oxidado por el Método de Hummers modificado tratándolo con KMnO4 y H2SO4, y posteriormente con H2O2. La funcionalizacion se realizó por ultrasonido con una dispersión de óxido de grafito en agua desionizada, posteriormente se adicionaron los compuestos orgánicos diluidos con etanol en presencia de ácido polifosforico como catalizador y la suspensión fue calentada por 24hrs. Se caracterizaron los materiales por las técnicas de Difracción de Rayos X, Análisis termogravimétrico, espectroscopia de Infrarrojo por transformada de Fourier, Raman y Microscopia Electrónica de Barrido con espectroscopia de energía dispersiva. Finalmente, se evaluó el rendimiento electroquímico de los materiales funcionalizados no reducidos utilizando la técnica de Voltamperometría Cíclica. Se impregno oxido de grafito con nafión en un electrodo de carbón vítreo utilizado como electrodo de trabajo, un alambre de platino como electrodo auxiliar y uno de plata como electrodo de referencia en una solución acuosa 1M de H2SO4 como electrolito. Los resultados de los óxidos de grafito funcionalizados indican valores de capacitancia especifica hasta ciento cincuenta veces mayores en comparación con el óxido de grafito no funcionalizado.

In recent years, carbon-based materials have been studied because of its potential properties and potential applications in the field of physics, chemistry, electronics and mechanics. A derivative of graphite is graphite oxide which although it was discovered over a century has aroused great interest since not only proved to be a precursor of low cost for obtaining graphene on a large scale if the oxygenated groups graphite oxide have allowed covalently funcionalizarlo in the presence of nitrogencontaining precursors such as organic amines. Covalent functionalization graphite oxide followed by reduction achieved be an effective way to modify their chemical structure and modulate its electrical properties. Few studies have focused on the study of oxide functionalized graphite unreduced, this causes the interest is to study the process of functionalization for which a number of organic compounds with amino groups which enabled by a reaction introduced cyclization formation benzimidazoles in the oxide structure of graphite. This work aims to functionalize graphite oxide analogs and derivatives o-phenylenediamine previously also serve as precursors for obtaining disubstituted benzimidazoles synthesized. Synthesis of o-phenylenediamine derivatives of o-nitroaniline left and o-phenylenediamine with 2-chloropyridine and 2-chloropyrimidine respectively. The reactions were carried out in conventional manner and microwave, characterization involved the determination of the melting points on a Fisher-Johns, Nuclear Magnetic Resonance 1H, 13C BRUKER 400MHz computer with DMSO-d6 as solvent and Infrared device transform Fourier which were performed in the solid state on a Bruker FT-IR ALPHA. Prior to functionalization graphite was oxidized by the method of treating the graphite Hummers modified with KMnO4 and H2SO4, and subsequently H2O2. Functionalization was carried sonicating oxide dispersion in deionized water graphite subsequently diluted organic compounds in small amounts of ethanol in the presence of polyphosphoric acid as catalyst and the suspension was heated for 24hrs were added. To better understand the process prior to functionalization reduction materials were characterized by the techniques of Fourier Transform Infrared, Raman, X-ray diffraction, thermogravimetric analysis and scanning electron microscopy. Finally electrochemical performance of the functionalized materials unreduced using Cyclic voltammetry technique is evaluated. graphite oxide with Nafion was impregnated in a glassy carbon electrode used as working electrode, a platinum wire as the auxiliary electrode and one silver as a reference electrode in a 1M aqueous H2SO4 solution as electrolyte. The results of oxides functionalized graphite indicate specific capacitance values up to fifty times greater in percent compared to graphite oxide unfunctionalized.