dissertação
Uso de planejamento experimental na síntese de 1,8‐dioxo-octaidroxanteno
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Universidade Federal de Lavras
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Instituto de Ciências Naturais – ICN
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Programa de Pós-Graduação
Programa de Pós-Graduação em Agroquímica
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Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES
Tipo de impacto
Tecnológico
Econômicos
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Áreas Temáticas da Extenção
Meio ambiente
Tecnologia e produção
Trabalho
Tecnologia e produção
Trabalho
Objetivos de Desenvolvimento Sustentável
ODS 8: Trabalho decente e crescimento econômico
ODS 9: Indústria, inovação e infraestrutura
ODS 12: Consumo e produção responsáveis
ODS 17: Parcerias e meios de implementação
ODS 9: Indústria, inovação e infraestrutura
ODS 12: Consumo e produção responsáveis
ODS 17: Parcerias e meios de implementação
Dados abertos
Resumo
A síntese orgânica é uma área fundamental nos estudos de química orgânica, permitindo a investigação de diversas sínteses conforme o produto final desejado. Uma reação de destaque nesses estudos é a reação multicomponente (RMC). Essa metodologia é reconhecida por sua sustentabilidade e compatibilidade ambiental, pois ocorre com a adição de três ou mais reagentes em um único frasco reacional, resultando em um produto que incorpora a maior parte dos átomos dos reagentes, eliminando a necessidade de processos adicionais, como a purificação de intermediários. Entre as várias classes de moléculas que podem ser sintetizadas por meio dessa reação, destaca-se os xantenos, que possuem potencial atividade antibacteriana, antimalárica, antifúngica, entre outras. O xanteno é uma classe de compostos heterocíclicos cuja estrutura básica é formada por um anel pirano central com dois anéis benzênicos fundidos em cada extremidade. Em muitas sínteses, o procedimento pode ser tedioso e demorado, frequentemente exigindo a execução de muitos experimentos, resultando em um consumo significativo de tempo e recursos, assim, o planejamento experimental tem como papel principal estabelecer e conduzir o menor número de experimentos sem comprometer a confiabilidade dos resultados obtidos. O presente trabalho teve como objetivo aplicar o planejamento experimental fatorial completo com ponto central na síntese de 1,8-dioxo-octaidroxanteno e analisar três variáveis importantes, concentração, tempo e temperatura. Três variáveis foram analisadas: concentração de catalisador, temperatura e tempo de reação, utilizando três catalisadores distintos, cloreto de zinco (ZnCl2), cloreto de cobalto (CoCl2) e ácido clorídrico (HCl). O planejamento foi realizado utilizando o programa Chemoface, com a execução de 11 sínteses para cada catalisador, sendo três delas realizadas em triplicata. Para cada síntese, o rendimento foi calculado antes e após o processo de recristalização. Esses rendimentos foram utilizados para gerar gráficos de Pareto e superfícies de resposta, avaliando a relação entre as variáveis. Além disso, foi realizada a caracterização dos produtos por meio de espectroscopia na região do infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), ressonância magnética nuclear (1H e 13CRMN) e calorimetria diferencial de varredura (DSC). O rendimento das sínteses usando o CoCl2 variou de 26,49% a 90,14%. Já com o ZnCl2 o rendimento variou de 63,85% a 93,67%. Enquanto para o HCl o rendimento variou de 2,59% a 77,85%. Os resultados demonstraram que as sínteses foram bem-sucedidas com o uso dos catalisadores, pois o produto desejado foi obtido e as caracterizações mostraram-se satisfatórias. Com base nos rendimentos calculados e nas condições experimentais aplicadas neste trabalho, o CoCl2 foi identificado como o catalisador mais eficiente. Por outro lado, o HCl não atingiu sua faixa catalítica, enquanto o ZnCl2 ultrapassou sua faixa catalítica, resultando em uma diminuição no rendimento com o aumento da concentração do catalisador. Os dados apresentados nos gráficos de Pareto e nas superfícies de resposta indicaram que a variável com maior influência nos rendimentos das sínteses foi a temperatura, seguida pela concentração e, por último, o tempo. O produto obtido com ZnCl2 apresentou diferenças no espectro de FTIR e também no gráfico de DSC em comparação aos demais catalisadores.
Abstract
Organicsynthesis is a fundamental area in the study of organic chemistry, enabling the investigation of various syntheses according to the desired final product. A prominent reaction in these studies is the multicomponent reaction (MCR). This methodology is recognized for its sustainability and environmental compatibility, as it involves the addition of three or more reagents in a single reaction vessel, resulting in a product that incorporates most of the atoms from the reagents, eliminating the need for additional processes such as the purification of intermediates. Among the various classes of molecules that can be synthesized through this reaction, xanthenes stand out due to their potential antibacterial, antimalarial, and antifungal activities, among others. Xanthene is a class of heterocyclic compounds whose basic structure consists of a central pyran ring fused with two benzene rings at each end. In many syntheses, the procedure can be tedious and time-consuming, often requiring numerous experiments, which leads to significant consumption of time and resources. Therefore, the main role of experimental design is to establish and conduct the fewest number of experiments without compromising the reliability of the results obtained. The present work aimed to apply a full factorial experimental design with a central point in the synthesis of 1,8-dioxo-octahydro xanthene and analyze three important variables: concentration, time, and temperature. Three variables were analyzed: catalyst concentration, temperature, and reaction time, using three different catalysts—zinc chloride (ZnCl₂), cobalt chloride (CoCl₂), and hydrochloric acid (HCl). The experimental design was carried out using the Chemoface software, with 11 syntheses performed for each catalyst, three of which were done in triplicate. For each synthesis, the yield was calculated before and after the recrystallization process. These yields were used to generate Pareto charts and response surface plots, evaluating the relationship between the variables. Additionally, the products were characterized using Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), nuclear magnetic resonance (¹H and ¹³C NMR), and differential scanning calorimetry (DSC). The yield of syntheses using CoCl₂ ranged from 26.49% to 90.14%. For ZnCl₂, the yield ranged from 63.85% to 93.67%, while for HCl, it ranged from 2.59% to 77.85%. The results demonstrated that the syntheses were successful with the use of the catalysts, as the desired product was obtained and the characterizations were satisfactory. Based on the calculated yields and the experimental conditions applied in this study, CoCl₂ was identified as the most efficient catalyst. On the other hand, HCl did not reach its catalytic range, while ZnCl₂ exceeded its catalytic range, resulting in a decrease in yield with increasing catalyst concentration. The data presented in the Pareto charts and response surface plots indicated that the variable with the greatest influence on synthesis yields was temperature, followed by concentration and, lastly, time. The product obtained with ZnCl₂ showed differences in the FTIR spectrum and also in the DSC plot compared to the other catalysts.
Descrição
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Agência de desenvolvimento
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DOI
Citação
CORRÊA, Marcela das Dores Machado Ferreira. Uso de planejamento experimental na síntese de 1,8‐dioxo-octaidroxanteno. 2025. 65 p. Dissertação (Mestrado em Agroquímica) - Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2025.
