Fixação química de CO2 em epóxidos para a produção de carbonatos cíclicos utilizando-se catalisadores metaloporfirínicos

dc.contributor.advisor-co1Martins, Dayse Carvalho da Silva
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/3157693434749669
dc.contributor.advisor1Rafael Pavão Das Chagas, Rafael Pavão Das Chagas
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/9712618482518275
dc.contributor.referee1Chagas, Rafael Pavão das
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/9712618482518275
dc.contributor.referee2Oliveira, Cecília Maria Alves de
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/3152041311943092
dc.contributor.referee3Batista, Alzir Azevedo
dc.contributor.referee3Latteshttp://lattes.cnpq.br/6469642481998660
dc.contributor.referee4Silva Filho, Juvenal Carolino da
dc.contributor.referee4Latteshttp://lattes.cnpq.br/1223323473808888
dc.contributor.referee5Andrade, Fabiano Molinos de
dc.contributor.referee5Latteshttp://lattes.cnpq.br/8880807687863294
dc.creatorMata, Álvaro Farias Arruda da
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/1028885076995749
dc.date.accessioned2025-06-30T18:57:19Z
dc.date.available2025-06-30T18:57:19Z
dc.date.issued2024-06-27
dc.description.abstractGrowing concern over significant increases in anthropogenic carbon dioxide (CO2) levels in the atmosphere, along with the dependence on finite fossil carbon resources for the production of high-value-added molecules, has driven research into the catalytic conversion of CO2. CO2 data from the Mauna Loa Observatory, an atmospheric reference station located in Hawaii, show rising monthly concentrations, reaching about 421 ppm in 2023, with projections of 450 ppm by 2030 and 540-970 ppm in the next century. Although CO2 is used in various sectors of the chemical industry, its application in fine chemistry is limited, indicating the need to explore technologies for its sustainable utilization. CO2 is considered a promising carbon source due to its abundance, renewability, and economic accessibility. Recent research has focused on its conversion into high-value-added products such as alcohols, amines, carboxylic acids, and carbonates. Replacing phosgene with CO2 in the synthesis of organic carbonates represents a significant advance, not only economically but also environmentally. The cycloaddition reaction between CO2 and epoxides to form cyclic carbonates is a process of interest, with various industrial applications. Metal catalysts with porphyrinic ligands have demonstrated efficiency in this process, standing out due to their high activity and selectivity. Macrocyclic ligands, such as porphyrins, have been widely investigated due to their versatility and robustness, proving promising for this application. In this study, the synthesis of six metalloporphyrin complexes and the selective production of cyclic carbonates through cycloaddition reactions between CO2 and epoxides are presented. A theoretical kinetic study was conducted, enabling the determination of an activation energy of 39.76 KJ mol-1 and the thermodynamic parameters in the intermediate states of the cycloaddition reaction of CO2 and styrene oxide. High-resolution mass spectrometry allowed the determination of the activation intermediate of the CO2 cycloaddition, where two styrene oxide molecules are simultaneously activated by one catalyst molecule. Catalysts based on porphyrins, coordinated with metals such as zinc, manganese, and copper, showed efficacy in this process. The continuous development of efficient catalysts and IV the understanding of the mechanisms involved are essential to advance the catalytic conversion of CO2 into high-value-added productseng
dc.description.resumoA crescente preocupação com os aumentos significativos nos níveis de dióxido de carbono (CO2) de origem antropogênica na atmosfera, juntamente com a dependência dos recursos finitos de carbono fóssil para a produção de moléculas de alto valor agregado, tem impulsionado a pesquisa na conversão catalítica do CO2. Os dados de CO2 de 2023 do Observatório de Mauna Loa, uma estação de referência atmosférica localizada no Havaí, mostram concentrações mensais crescentes, atingindo cerca de 421 ppm, com projeções de 450 ppm até 2030 e 540-970 ppm no próximo século. Embora o CO2 seja utilizado em diversos setores da indústria química, sua aplicação na química fina é limitada, indicando a necessidade de explorar tecnologias para sua utilização sustentável. O CO2 é considerado uma fonte de carbono promissora devido à sua abundância, renovabilidade e acessibilidade econômica. A pesquisa recente tem se concentrado em sua conversão em produtos de alto valor agregado, como álcoois, aminas, ácidos carboxílicos e carbonatos. A substituição do fosgênio por CO2 na síntese de carbonatos orgânicos representa um avanço significativo, não apenas do ponto de vista econômico, mas também ambiental. A reação de cicloadição entre CO2 e epóxidos, formando carbonatos cíclicos, é um processo de interesse, com diversas aplicações industriais. Catalisadores metálicos com ligantes porfirínicos têm demonstrado eficiência nesse processo, destacando-se devido à sua alta atividade e seletividade. Ligantes macrocíclicos, como porfirinas, têm sido amplamente investigados devido à sua versatilidade e robustez, mostrando-se promissores para essa aplicação. Neste estudo, apresenta-se a síntese de seis complexos metaloporfirínicos e a obtenção seletiva de carbonatos cíclicos, utilizando-se reações de cicloadição entre CO2 e epóxidos, realizou-se um estudo cinético teórico, que possibilitou a determinação da energia de ativação de 39,76 KJ mol-1 e os parâmetros termodinâmicos nos estados intermediários na reação de cicloadição de CO2 e o óxido de estireno. A partir da espectrometria de massas de alta resolução, foi possível determinar o intermediário de ativação da cicloadição de CO2, em II que, dois óxidos de estireno são ativados simultaneamente por uma molécula de catalisador. Os catalisadores, baseados em porfirinas, coordenados com metais zinco, manganês e cobre, mostraram eficácia nesse processo. O desenvolvimento contínuo de catalisadores eficientes e a compreensão dos mecanismos envolvidos são essenciais para avançar na conversão catalítica do CO2 em produtos de alto valor agregado.
dc.description.sponsorshipConselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq
dc.identifier.citationMATA, A. F. A. Fixação química de CO2 em epóxidos para a produção de carbonatos cíclicos utilizando-se catalisadores metaloporfirínicos. 2025. 161 f. Tese (Doutorado em Química) - Instituto de Química, Universidade Federal de Goiás, Goiânia, 2024.
dc.identifier.urihttps://repositorio.bc.ufg.br/tede/handle/tede/14453
dc.languagePortuguêspor
dc.publisherUniversidade Federal de Goiáspor
dc.publisher.countryBrasilpor
dc.publisher.departmentInstituto de Química - IQ (RMG)
dc.publisher.initialsUFGpor
dc.publisher.programPrograma de Pós-graduação em Química (IQ)
dc.rightsAcesso Aberto
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subjectDióxido de carbonopor
dc.subjectCarbonatos cíclicospor
dc.subjectMetaloporfirínicopor
dc.subjectEpóxidospor
dc.subjectCatálisepor
dc.subjectCarbon dioxideeng
dc.subjectCyclic carbonateseng
dc.subjectMetalloporphyrinseng
dc.subjectEpoxideseng
dc.subjectCatalysiseng
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
dc.titleFixação química de CO2 em epóxidos para a produção de carbonatos cíclicos utilizando-se catalisadores metaloporfirínicos
dc.title.alternativeChemical Fixation of CO₂ into Epoxides for the Production of Cyclic Carbonates Using Metalloporphyrin Catalystseng
dc.typeTese

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