Acilación de 2-metoxinaftaleno sobre catalizadores híbridos zeolíticos -mesoestructurados

Abstract

El contenido de este proyecto forma parte de una línea de investigación que se desarrolla en el Grupo de Ingeniería Química y Ambiental de la Escuela Superior de Ciencias Experimentales y Tecnología que aborda el estudio de la síntesis, caracterización y aplicación catalítica de materiales zeolíticos y mesoestructurados funcionalizados con aluminio como heteroátomo. La acilación de Friedel- Crafts de compuestos aromáticos, para su posterior uso en la industria farmacéutica, es una de las reacciones de mayor interés en el campo de la química fina. Esta reacción se ha llevado a cabo tradicionalmente utilizando catalizadores ácidos homogéneos, pero la gran toxicidad de los efluentes generados obligó a modificar los catalizadores, comenzando así el auge de los catalizadores heterogéneos. En un principio se comenzaron a utilizar zeolitas, sin embargo, su pequeño tamaño de poro ocasionó problemas al catalizar moléculas voluminosas. Para solventar el problema surgió el uso de materiales mesoestructurados, pero con ellos se perdía acidez y estabilidad térmica con respecto a las zeolitas. Como consecuencia, comenzó el estudio de materiales híbridos zeolítico-mesoporosos que conjugaran la fuerza ácida de las zeolitas y el tamaño de poro de los materiales mesoestructurados. En este trabajo se ha estudiado el comportamiento de la zeolita Beta, del material mesoporoso Al-MCM-41 y del material híbrido zeolítico-mesoporoso HBM en la reacción de acilación de Friedel ¿Crafts del 2-metoxinaftaleno para obtener 6-acetil-2-metoxinaftaleno, precursor del naproxeno y por tanto, compuesto de gran importancia en la industria farmacéutica. Además se ha realizado un estudio de diferentes variables de síntesis que afectan al catalizador híbrido zeolítico-mesoporosos HBM y así poder determinar cuáles son las condiciones más favorables para su preparación, en función de la conversión de 2- metoxinaftaleno y de la selectividad hacia el producto de interés que se obtenga. Se ha comparado el efecto del tiempo de precristalización, el contenido de aluminio, la reutilización del catalizador en varios ciclos sin regenerarlo, la regeneración del catalizador y la inhibición del catalizador como consecuencia de la presencia de producto. El seguimiento de la reacción se realiza utilizando la técnica analítica de cromatografía de gases (GC), identificando los productos a partir de las sustancias puras comerciales. Para la determinación cuantitativa se ha llevado a cabo el método de calibración con patrón interno. El catalizador híbrido HBM que mejores resultados catalíticos ofrece en función del tiempo de cristalización es el obtenido empleando cero días de precristalización (HBM(0+2)) y en función del contenido de aluminio, los mejores resultados son obtenidos empleando la relación Si/Al = 60 (HBM(0+2)60). La actividad catalítica de los materiales híbridos es, en todos los casos, superior a la obtenida al emplear el material mesoporoso de referencia, en cambio, no se consiguen los mismos valores que al emplear la zeolita Beta. Este resultado, puede ser debido a que esta zeolita engloba accesibilidad y fortaleza ácida. Los estudios de inhibición llevados a cabo muestran que existen una fuerte desactivación del material hibrido por adsorción de los productos de reacción sobre los centros ácidos del material. Se ha observado, además, que el catalizador híbrido HBM no pierde completamente la actividad tras varios ciclos de utilización y que con el proceso de regeneración térmica es posible recuperar parte de la actividad inicial del catalizador. También se ha observado que la adicción de producto al inicio de la reacción ocasiona una importante pérdida de actividad del catalizador híbrido HBM, ya que se produce el efecto de inhibición.