From homogeneous to heterogeneous photocatalysis: Synthesis and applications
- Autores: Daniel González Muñoz
- Directores de la Tesis: José Julián Alemán Lara (dir. tes.), Silvia Cabrera Herranz (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad Autónoma de Madrid ( España ) en 2022
- Idioma: inglés
- Número de páginas: 169
- Tribunal Calificador de la Tesis: Marta Liras Torrente (presid.), Carolina Belver Coldeira (secret.), Raúl Pérez Ruiz (voc.), Victor Antonio de la Peña O'Shea (voc.), Santiago Gómez Ruiz (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Química Orgánica por la Universidad Autónoma de Madrid
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: Biblos-e Archivo
- Resumen
Actualmente, la sociedad necesita desarrollar procesos químicos que sean respetuosos con el medio ambiente, y que actúen de manera eficiente. Por eso, una de las soluciones que se plantea a estos problemas es el uso de la energía de la luz, solar o artificial. Una de las mejores metodologías para aprovechar la luz solar es la fotocatálisis, donde el catalizador es capaz de absorber la energía de la luz y transmitir esa energía a otras moléculas para crear nuevos enlaces químicos. Este concepto tiene aplicaciones en multitud de disciplinas, y esta tesis doctoral está centrada en dos de ellas: síntesis orgánica y degradación de contaminantes orgánicos en agua.
En la última década, la aplicación de la fotocatálisis en síntesis orgánica ha crecido de manera exponencial. Esto ha sido gracias al desarrollo de fotocatalizadores capaces de absorber en el rango de luz visible (400 nm – 700 nm). La utilización de luz visible, y su absorción por los fotocatalizadores, permite desarrollar métodos con una mayor quimioselectividad que cuando se utiliza luz de mayor energía como la UV, permitiendo llevar a cabo nuevos enlaces y métodos de activación en síntesis orgánica.
Por otro lado, la fotocatálisis también se puede aplicar en el tratamiento de aguas y degradación de contaminantes. Cuando un fotocatalizador absorbe la energía de la luz en medio acuoso, es capaz de generar especies reactivas de oxígeno (ROS, por sus siglas en inglés) como radicales hidroxilo o aniones superóxido. Estas especies de oxígeno son muy reactivas y son capaces de generar reacciones en cadena en los contaminantes orgánicos, hasta su mineralización en CO2 y H2O.
Gran parte de esta tesis doctoral se ha centrado en el desarrollo de fotocatalizadores para su aplicación en reacciones orgánicas de interés. El primer capítulo es una introducción a los conceptos básicos en fotocatálisis. Posteriormente, en el capítulo 2 se presenta una familia de complejos de Pt(II) con ligando 8-hidroxiquinolina y 8-mercaptoquinolina. Estos complejos de Pt(II) son capaces de absorber luz visible y de actuar como fotocatalizadores en diferentes reacciones orgánicas. En este capítulo se estudia la influencia del heteroátomo del ligando del fotocatalizador en la actividad fotocatalítica en tres reacciones orgánicas de interés.
La síntesis de fotocatalizadores puede ser un proceso tedioso, por lo que el diseño de fotocatalizadores heterogéneos, y su reciclabilidad, genera un gran interés en la industria química. El capítulo 3 de esta tesis doctoral está centrado en el uso de sílicas mesoporosas como soporte para anclar fotocatalizadores. En la primera parte, se describe la unión de un complejo de Pt(II) con ligando 8-hidroxiquinolina a diferentes sílicas mesoporosas, formando un fotocatalizador heterogéneo capaz de ser reciclado. Este nuevo fotocatalizador se utiliza en la deshalogenación de bromuros alquílicos y en la -alquilación de aldehídos. Además, se estudia la influencia del tamaño y forma de los poros de las sílicas, y el tamaño y polaridad de los sustratos, en la actividad fotocatalítica.
En la segunda parte del capítulo, se aborda el anclaje de un fotocatalizador orgánico, 10-fenilfenotiazina (PTH), en sílicas mesoporosas. Este fotocatalizador es capaz de generar especies reactivas de oxígeno (ROS). Debido a sus excelentes propiedades como fotocatalizador, este material fue utilizado en la degradación de contaminantes orgánicos en agua. Además, se estudió la influencia del tamaño y forma de las estructuras porosas en la velocidad de degradación.
En el capítulo 4 de esta tesis doctoral, se utilizan nanotubos de carbono como nanomaterial para funcionalizar fotocatalizadores. Los nanotubos de carbono son estructuras conductoras de la electricidad, por lo que mejora el flujo de electrones entre el fotocatalizador y el nanotubo. Además, al ser estructuras cilíndricas, permiten la posibilidad de funcionalizar el interior de la cavidad del nanotubo, manteniendo intacta la estructura del fotocatalizador y del nanotubo.
En la primera parte del capítulo 4, se funcionalizó el interior de la cavidad del nanotubo de carbono con el fotocatalizador PTH. Este nanomaterial híbrido se empleó como fotocatalizador en la deshalogenación de haluros aromáticos, en la síntesis de tetrahidroquinolinas y en la -alquilación de aldehídos. Además, se estudió có-mo varía la velocidad de reacción cuando los sustratos que reaccionan presentan diferentes anillos aromáticos en su estructura.
En la segunda parte del capítulo 4, se funcionalizó el interior de la cavidad del nanotubo con un complejo de platino(II) con ligando 8-hidroxiquinolina. Este nanomaterial híbrido se utilizó como fotocatalizador en la reacción de oxidación de sulfuros a sulfóxidos.
