Mecanoquímica: alternativa sustentável para reações multicomponente catalisadas por Zinco

Abstract

A biomassa é a fonte de carbono mais abundante do planeta e a partir dela podemser obtidos compostos orgânicos de elevado valor em síntese química. O furano e seusderivados, nomeadamente o 2-metilfurano, são exemplos de blocos de construção quepermitem sintetizar compostos com aplicabilidade em farmácia, química dos materiais eem fotoquímica. Devido à problemática ambiental dos nossos dias, e pelo facto de abiomassa ser uma fonte de matéria-prima renovável, é cada vez mais importantedesenvolver sínteses e metodologias que permitam obter, de forma sustentável,compostos derivados do furano de elevada diversidade estrutural.O propósito deste trabalho foi utilizar o 2-metilfurano como reagente de partidade uma reação multicomponente promovida por ação mecânica – mecanoquímica. Areação ocorre entre uma dicetona (pentan-2,4-diona), um alcino (2-octinal) e o derivadode furano que, num único passo, permite obter um composto híbrido de furano e dieno.Estudou-se o efeito que diferentes catalisadores de zinco, nomeadamente sais de zinco(ZnX2, X= Cl, Br, I) e complexos C-escorpionatos correspondentes, apresentavam noresultado da reação. Após 2 horas no moinho de bolas vibracional, observou-se que ocatalisador tinha uma forte influência não só no rendimento (32-59%), mas também nasdiferentes relações de isómeros que se obtinham. Os escorpionatos deram origem arendimentos mais baixos relativamente aos sais do mesmo metal e observou-se que estetipo de catalisadores se degradava aquando da reação. Utilizando o acetato de zinco e oescorpionato análogo, obteve-se apenas o produto da condensação de Knoevenagel entreo 2-octinal e a dicetona.Para além da avaliação da sustentabilidade da nova metodologia através dasmétricas da Química Verde, realizou-se um estudo preliminar da influência dosparâmetros inerentes ao ball milling no rendimento da reação. Concluiu-se que, de entrea massa, volume, número, área de superfície, entre outros, a massa total e o número dasbolas colocadas dentro do jarro, são as variáveis com maior importância e que apresentampotencial para a otimização das condições de reação.

Biomass is the most abundant carbon source on the planet and high valuecompounds in organic synthesis can be obtained from it. Furan and its derivatives, namely2-methylfuran, are examples of building blocks that allow the synthesis of compoundswith applicability in pharmacy, material chemistry and photochemistry. Due to thecurrent environmental crisis and to the fact that biomass is a renewable source of rawmaterials, it is increasingly important to develop syntheses and methodologies that allowto obtain furan derivative compounds of high structural diversity in a sustainable manner.The purpose of this work was to use 2-methylfuran as a starting reagent in amulticomponent reaction induced by mechanical action – mechanochemistry. Thereaction occurs between a diketone (pentan-2,4-dione), an alkyne (2-octynal) and thefurane derivative and in only one step allows to obtain a furan-diene hybrid. The effectthat different zinc catalysts, more specifically zinc salts (ZnX2, X= Cl, Br, I) andcorresponding Zinc(II) scorpionates, had on the reaction yield was studied. After 2 hoursin the vibratory ball mill, results showed that the catalyst had a strong influence not onlyon the yield (32-59%) but also on the different mixtures of isomers that were obtained.The scorpionates originated lower yields compared to the zinc salts, plus this type ofcatalysts degraded during the reaction. Using zinc acetate and the analogous Zinc(II)scorpionate as catalysts, only the Knoevenagel condensation product between octinal anddiketone was obtained.In addition to assessing the sustainability of the new methodology through GreenChemistry metrics, a preliminary study was carried out regarding which parametersinherent to mechanochemistry have the greatest impact in the reaction yield. Among themass, volume, number, surface area, etc, the total mass and the number of balls placedinside the jar, are the most important variables and they have potential for optimizing thereaction conditions.