Hydrocarbon oxidation catalyzed by iron and manganese porphyrins anchored on aminofunctionalized supports

Abstract

The second-generation metalloporphyrins (MePs) [5,10,15,20-tetrakis(pentafluorophenyl)porphyrin iron(III)] chloride, FeP, and [5,10,15,20-tetrakis(pentafluorophenyl)porphyrin manganese(III)] chloride, MnP, were covalently attached to aminofunctionalized supports, with a view to preparing selective solid catalysts for the oxidation of organic compounds. Montmorillonite K10 functionalized with 3-aminopropyltriethoxysilane (Mont1) or modified with 3-chloropropyltriethoxysilane followed by reaction with 1,6-diaminohexane (Mont2), and silica gel functionalized with 3-aminopropyltriethoxysilane (Sil1) or modified with 3-chloropropyltriethoxysilane followed by reaction with 1,6-diaminohexane (Sil2) were synthesized and characterized by UV-Vis and IR spectroscopies, EPR, TGA, and X-ray diffractometry. The catalytic activities of the MePs immobilized on these supports were investigated for the oxidation of (Z)-cyclooctene, cyclohexane and styrene by PhIO or H2O2. The studied systems were efficient catalysts for the oxidation of all substrates, especially when PhIO was the oxidant. There was no MeP leaching from the supports, indicating that covalent binding is a very efficient method for catalyst immobilization. The immobilized FePs were more efficient catalysts than the corresponding MnPs, even when imidazole was employed as a cocatalyst for the supported MnPs. Although the yields of oxidized products obtained with H2O2 were lower than those achieved with PhIO, some heterogeneous MeP systems were more efficient than the parent MePs in solution, both in terms of product yield and selectivity.

As metaloporfirinas de segunda geração (MePs), cloreto de [5,10,15,20-tetraquis(pentafluorofenil)porfirinaferro(III)], FeP, e cloreto de [5,10,15,20-tetraquis(pentafluorofenil)porfirinamanganês(III)], MnP, foram covalentemente ancoradas em suportes aminofuncionalizados, com o objetivo de preparar catalisadores sólidos seletivos para a oxidação de compostos orgânicos. Montmorillonita K10 funcionalizada com 3-aminopropiltrietoxissilano (Mont1) ou com 3-cloropropiltrietoxissilano seguida por reação com 1,6-diaminoexano (Mont2), e sílica gel funcionalizada com 3-aminopropiltrietoxissilano (Sil1) ou modificada com 3-cloropropiltrietoxissilano seguida por reação com 1,6-diaminoexano (Sil2) foram preparadas e caracterizadas por UV-Vis, IR, EPR, TGA e difratometria de raios X. As atividades catalíticas das MePs imobilizadas nestes suportes foram investigadas na oxidação de (Z)-cicloocteno, cicloexano e estireno por iodosilbenzeno (PhIO) ou H2O2. Os sistemas estudados foram catalisadores eficientes da oxidação de todos os substratos, especialmente utilizando PhIO como oxidante. Não se observou lixiviamento das MePs dos suportes, indicando que a ligação covalente é um método muito eficiente para a imobilização de catalisadores. As FePs imobilizadas foram catalisadores mais eficientes que as correspondentes MnPs, mesmo quando imidazol foi empregado como um co-catalisador para as MnPs ancoradas. Embora os rendimentos de produtos oxidados utilizando H2O2 tenham sido mais baixos que aqueles obtidos com PhIO, alguns sistemas heterogêneos envolvendo MePs foram mais eficientes que as correspondentes MePs em solução, tanto em termos de rendimento de produto quanto de seletividade.