Strategies for sustainable photocatalysis: hybrid organometallo-silica materials and BODIPYs
- Autores: Mónica Martínez Aguirre
- Directores de la Tesis: Jesús R. Berenguer Marín (dir. tes.), Miguel Angel Rodríguez Barranco (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de La Rioja ( España ) en 2024
- Idioma: inglés
- Número de páginas: 238
- Títulos paralelos:
- Estrategias para el desarrollo de sistemas fotocatalíticos sostenibles: Organometalosílicas híbridas y BODIPYs
- Tribunal Calificador de la Tesis: Elena Serrano Torregrosa (presid.), María Bernechea Navarro (secret.), Mattia Nieddu (voc.)
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: Dialnet
- Resumen
- español
El gran desarrollo que ha experimentado en los últimos años el empleo de reacciones fotocatalíticas en síntesis de compuestos orgánicos de gran relevancia, junto con la progresiva aplicación de estas reacciones en la industria ha hecho deseable la búsqueda de sistemas fotocatalíticos más sostenibles. Aunque varias estrategias están siendo exploradas, en el contexto de esta tesis se han estudiado principalmente dos: la heterogeneización de complejos organometálicos luminiscentes de iridio(III), y el empleo de fotocatalizadores orgánicos.
En el capítulo 1, se llevó a cabo la heterogeneización del complejo de iridio(III) [Ir(dfppy)2(dasipy)]PF6, que cuenta en su estructura con dos grupos trietoxisilano. Mediante métodos de funcionalización post-sintéticos, se han sintetizado unas nanopartículas mesoporosas de sílica con el complejo incorporado mediante técnicas de unión covalente o grafting. Mediante métodos de funcionalización in-situ, se han obtenido cuatro materiales de base silícea, tres de tipo gel, y un cuarto formado por nanopartículas discretas. Tras estudiar sus propiedades texturales y fotofísicas, su actividad fotocatalítica fue evaluada en la reacción de isomerización del trans-estilbeno. Una vez optimizadas las condiciones de reacción, se estudió la recuperabilidad de los cinco materiales, observando la influencia de la morfología y el método de funcionalización en la capacidad de reutilización de los mismos.
En el capítulo 2 se sintetizó un nuevo material, basado en el mismo complejo catiónico empleado en el capítulo 1. Sin embargo, en su síntesis no se añadió ninguna fuente adicional de sílica, obteniéndose un nuevo tipo de material iónico formado exclusivamente por moléculas de complejo enlazadas de forma covalente entre sí. Tras estudiar las propiedades texturales y fotofísicas del material, se empleó como fotocatalizador en dos reacciones fotoredox, la deshalogenación fotocatalítica de la 2-bromoacetofenona, y la obtención de fenantridina a partir de aciloximas. Tras optimizar las condiciones de reacción, se estudió su recuperación y reciclabilidad en sucesivos ciclos catalíticos.
Por último, en el capítulo 3, se llevó a cabo la síntesis de cuatro compuestos basados en la estructura de BODIPYs, con grupos fenilpiridinas en la posición meso, en las que se han estudiado dos métodos para mejorar la eficacia del cruce intersistema (ISC). En primer lugar, la conocida influencia de la yodación de las posiciones alfa del fragmento BODIPY y, en segundo lugar, la posibilidad de ortogonalización del grupo fenilpiridina, con formación de un sistema D-A. Tras el estudio de sus propiedades fotofísicas, se midió el rendimiento cuántico de oxígeno singlete de las cuatro BODIPYs, así como su uso en la reacción de fotocatálisis de oxidación de la dibencilamina.
- English
The great development experienced in recent years in the use of photocatalytic reactions in the synthesis of highly relevant organic compounds, together with the progressive application of these reactions in industry, has made it desirable to search for more sustainable photocatalytic systems. Although several strategies are being explored, in the context of this thesis two main ones have been studied: the heterogenization of emissive organometallic iridium(III) complexes, and the use of organic photocatalysts.
In Chapter 1, we have carried out the heterogeneization of the iridium(III) complex [Ir(dfppy)2(dasipy)]PF6, which has two triethoxysilane groups in its structure. By means of post-synthetic functionalization methods, a material formed by mesoporous silica nanoparticles with the complex incorporated by superficial covalent bonding (grafting) techniques has been synthesized. Four other silica-based materials have been obtained by in-situ functionalization methods. Three of them are hybrid silica gels, while the fourth is formed by discrete nanoparticles (NP_IS). After studying their textural and photophysical properties, their photocatalytic activity has been evaluated in the trans-stilbene isomerization reaction. Once the reaction conditions were optimized, the recoverability of the five materials was studied, analyzing the influence of the morphology and the functionalization method on their reusability.
In Chapter 2 a new material was synthesized, based on the same cationic complex used in chapter 1. However, for this synthesis no additional source of silica was added, resulting in a new kind of ionic material composed entirely of covalently bonded molecules of the complex. After studying the textural and photophysical properties of the material, it was used as a photocatalyst in two photoredox reactions, the photocatalytic dehalogenation of 2-bromoacetophenone, and the synthesis of phenanthridine from acyloximes. After optimizing the reaction conditions, the recovery and recyclability of the material in successive catalytic cycles was also studied.
Finally, in Chapter 3, we have developed the synthesis of four compounds based on the structure of BODIPYs with phenylpyridine groups in the meso position. Two methods to improve the ISC efficiency have been studied. Firstly, the well-known influence of iodination of the alpha positions of the BODIPY fragment and, secondly, the possibility of orthogonalization of the phenylpyridine group, with formation of a D-A system. Following the study of its photophysical properties, the singlet oxygen quantum yield of the four BODIPYs was measured, as well as their use in the photocatalytic reaction of the oxidation of dibenzylamine.
- español
