Desenvolvimento de um novo pré-catalisador polimérico contendo Pd(II): preparação, caracterização e aplicações em reações de acoplamento-cruzado do tipo C-C com a abordagem da química verde

Abstract

O presente trabalho descreve a preparação de um novo pré?catalisador polimérico denominado Pd/PECIm, obtido através de duas etapas operacionalmente simples, sendo empregados solventes e condições ambientalmente amigáveis. Na primeira etapa, realizou-se a funcionalização do polímero comercial poli(etileno?alt?anidrido maleico) (PEMA) com 1 ?(3? aminopropil)imidazol (API). A seguir, o polímero formado (PECIM) foi complexado com íons Pd(II) provenientes do sal K2PdCl4. O pré?catalisador foi caracterizado através de técnicas de FTIR, TGA, CHNO?S, XPS e FAAS. A atividade catalítica de Pd/PECIm foi inicialmente avaliada na reação de acoplamento do tipo Suzuki?Miyaura, onde foram estudados parâmetros como solvente, tempo reacional e quantidade de pré?catalisador utilizado. Nestes estudos verificou-se que a mistura iPrOH/H2O (1:1) mostrou o melhor desempenho, o que garantiu uma condição de reação bastante verde quando comparado com vários trabalhos da literatura. Bons a excelentes rendimentos foram obtidos para uma variedade de iodetos e brometos de arila, na faixa de 73?95%. Além disso, não houve necessidade de uso de técnicas cromatográficas para a obtenção das bifenilas alvo com pureza adequada. Através de uma série de caracterizações foi possível concluir que pode ocorrer a formação de NPs Pd(0) nessas reações, sendo que o fator determinante para a formação das mesmas é a concentração de substratos empregada. Quando essas NPs Pd(0) são formadas, o metal recuperado mostra-se pouco ativo em usos subsequentes. Por outro lado, em condições que não favorecem a formação de NPs Pd(0), o reciclo é possível, sendo que o material recuperado pôde ser reutilizado por até doze vezes. Ainda, ficou demonstrado que a presença de O2 dissolvido é benéfica pois permite a regeneração de Pd(II), impedindo a formação de NPs Pd(0). Pd/PECIm foi também empregado na reação de Mizoroki?Heck, onde foi possível utilizar n-butanol (1-BuOH) como solvente e tempos reacionais curtos em comparação com os valores reportados na literatura. Rendimentos bons a excelentes (90?95%) para diversos ésteres cinâmicos e estilbeno foram obtidos, sendo possível reutilizar o pré?catalisador por cinco ciclos, sem perda da atividade catalítica e sem degradação da matriz polimérica.

Abstract: The present work describes the preparation of a new polymeric pre-catalyst named Pd/PECIm, obtained through two operationally simple steps, using environmentally friendly solvents and conditions. In the first step, the functionalization of the commercial polymer poly(ethylene? alt?maleic anhydride) (PEMA) with 1 ?(3?aminopropyl)imidazole (API) was performed. Afterwards, the as obtained polymer (PECIm) was complexed with Pd(II) ions from K2PdCl4. The pre-catalyst was characterized using FTIR, TGA, CHNO-S, XPS and FAAS techniques. The catalytic activity of Pd/PECIm was initially evaluated in the Suzuki?Miyaura coupling reaction, where parameters such as solvent, reaction time and amount of pre?catalyst used were studied. In these studies, it was found that the mixture iPrOH/H2O (1:1) showed the best performance, which ensured a green reaction condition when compared to several works in the literature. Good to excellent yields were obtained for a variety of aryl iodides and bromides, in the range of 73?95%. In addition, there was no need to use chromatographic techniques to obtain the target biphenyls with adequate purity. Through a series of characterizations, it could be concluded that Pd(0) NPs can be formed in these reactions, and the determining factor for their formation is the concentration of substrates employed. When these Pd(0) NPs are formed, the recovered metal is not very active in subsequent uses. On the other hand, under conditions that do not favor the formation of Pd(0) NPs, recycling is possible, and the recovered material could be reused up to twelve times. Furthermore, it was shown that the presence of dissolved O2 is beneficial because it allows the regeneration of Pd(II), preventing the formation of Pd(0) NPs. Pd/PECIm was also used in the Mizoroki?Heck reaction, where it was possible to use nbutanol (1-BuOH) as a solvent and short reaction times compared to the values reported in the literature. Good to excellent yields (90?95%) for various cinnamic esters and stilbene were obtained, making it possible to reuse the pre-catalyst for five cycles, without loss of catalytic activity and without degradation of the polymeric matrix.