Síntesis verde de benzaldehído por oxidación de estireno mediante el catalizador Cu-MOF-74 obtenido bajo condiciones sostenibles

Abstract

Este trabajo se basa en la síntesis verde de benzaldehído a partir de una oxidación de estireno, con terc-Butil hidroperóxido en decano como oxidante y acetonitrilo como disolvente, en un sistema de reflujo promovido por catalizadores heterogéneos tipo MOFs (metal-organic frameworks), en específico con M-MOFs-74 o también llamados COPs-27 (Coordination Polymer of Oslo) en los cuales el ligando orgánico es el 2,5 dioxidotereftálico, la parte metálica es un metal divalente (Cu, Zn, Co, Ni, Mn, etc.), comúnmente como acetato, nitrato o cloruro del metal. Se optimizó la síntesis de los materiales M-MOFs-74, de Cu, Zn y Co, bajo condiciones sostenibles, temperatura ambiente y metanol como único disolvente. Cada material fue caracterizado mediante difracción de rayos X de polvos, análisis termogravimétrico, espectroscopía infrarroja con transformada de Fourier, isotermas de adsorción de N2, posteriormente se realizó un análisis BET, así como microscopía electrónica de barrido. También se evaluó la temperatura de activación del Cu-MOF-74 mediante espectroscopía de reflectancia difusa con transformada de Fourier. Como pruebas preliminares se realizó la oxidación de estireno sin disolventes, variando oxidantes y catalizadores, como los M-MOFs-74 (donde M=Zn o Mn) y el HKUST-1 (Hong Kong University of Science and Technology), seguidos por cromatografía en capa fina para la detección de la formación de benzaldehído. Para optimizar la reacción de oxidación de estireno se realizaron varias pruebas cinéticas evaluadas mediante cromatografía de gases variando el tipo y cantidad de oxidante, disolvente, cantidad de catalizador (Cu-MOF-74) y temperatura de reacción. Una vez optimizada la reacción, se probaron los catalizadores Co-MOF-74 y Zn-MOF-74 bajo esas condiciones, así como el Cu-MOF-74 sin disolvente. Al final se evaluaron tanto la actividad catalítica de cada material, mediante la conversión de estireno, selectividad y rendimiento de benzaldehído, como la estabilidad de los MOFs utilizados, mediante difracción de rayos X de polvos. Tanto la síntesis de benzaldehído como la síntesis del Cu- MOF-74, a temperatura ambiente y en metanol, fueron comparadas con síntesis similares reportadas en literatura, mediante el uso de la estrella verde para determinar qué tan sostenible fue cada proceso.