dissertação
Biocarvões de casca de laranja modificada com cloreto de cobre: avaliação da atividade catalítica na obtenção de um derivado hexahidroquinolínico
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ODS 11: Cidades e comunidades sustentáveis
ODS 12: Consumo e produção responsáveis
ODS 17: Parcerias e meios de implementação
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Dados abertos
Resumo
Em reações orgânicas multicomponentes, como na síntese de derivados hexahidroquinolínicos, o uso de catalisadores é frequentemente necessário para diminuir os tempos de reação e possibilitar condições de síntese menos severas, especialmente aquelas que demandam elevada energia. Compostos metálicos, como aqueles derivados de cobre, têm sido utilizados em processos catalíticos em reações orgânicas. Entretanto, problemas como elevada solubilidade dificultam seu reuso. Assim, o uso de suportes torna-se uma estratégia para superar esse problema. O aproveitamento da casca de laranja (Citrus sinensis), um resíduo produzido em larga escala no Brasil, para a produção de biocarvões surge como opção promissora para o desenvolvimento de novos catalisadores. Isso se deve, especialmente, à possibilidade de o material apresentar elevada área superficial espcífica e estabilidade térmica, características que o tornam adequado como suporte para espécies catalíticas. Assim, esta pesquisa teve como objetivo preparar e caracterizar catalisadores a partir da pirólise da casca de laranja modificada com cloreto de cobre e avaliar seu efeito sobre o rendimento da reação de síntese multicomponente da etil-2-metil-5-oxo-4-fenil-1,4,5,6,7,8-hexahidroquinolina-3-carboxilato. Os catalisadores foram produzidos por diferentes rotas de incorporação de cloreto de cobre na biomassa da casca da laranja e caracterizados por técnicas como difração de raios X (DRX), espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), espectroscopia Raman, microscopia eletrônica de varredura (MEV), potencial zeta e termogravimetria (TG). Os resultados obtidos por DRX indicaram a formação predominante do mineral clinoatacamita para os materiais modificados com cloreto de cobre, sem ajuste de pH, enquanto o cobre metálico foi formado majoritariamente quando o pré-tratamento da biomassa envolveu aumento do pH na presença do sal de cobre, mostrando que o método de incorporação pré-pirólise é determinante da espécie de cobre formada nos biocarvões. A presença do cobre durante a pirólise mostrou efeito catalítico na liberação de grupos oxigenados e formação de biocarvões mais grafitizados. Entretanto, os biocarvões desenvolvidos não apresentaram melhora no rendimento da reação do derivado hexahidrolínico. No entanto, os resultados evidenciam que o biocarvão não influencia na diminuição do rendimento, indicando seu potencial como suporte para outras espécies catalíticas.
Abstract
In multicomponent organic reactions, such as the synthesis of hexahydroquinoline derivatives, the use of catalysts is often required to reduce reaction times and enable milder synthesis conditions, particularly in processes that demand high energy. Metal-based compounds, such as those derived from copper, have been employed as catalysts in organic reactions. However, issues such as high solubility hinder their reuse. Thus, the use of supports becomes a strategy to overcome this limitation. The valorization of orange peel (Citrus sinensis), a residue abundantly generated in Brazil, for the production of biochars emerges as a promising option for the development of new catalysts. This potential is mainly associated with the possibility of obtaining materials with high specific surface area and thermal stability, characteristics that make them suitable as supports for catalytic species. Therefore, this research aimed to prepare and characterize catalysts obtained from the pyrolysis of orange peel modified with copper chloride and to evaluate their effect on the yield of the multicomponent synthesis reaction of ethyl-2-methyl-5-oxo-4-phenyl-1,4,5,6,7,8-hexahydroquinoline-3-carboxylate. The catalysts were produced through different routes of copper chloride incorporation into the orange peel biomass and characterized by techniques such as X-ray diffraction (XRD), Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), Raman spectroscopy, scanning electron microscopy (SEM), zeta potential analysis, and thermogravimetry (TG). XRD results indicated the predominant formation of the mineral clinoatacamite in materials modified with copper chloride without pH adjustment, whereas metallic copper was formed mainly when the biomass pretreatment involved pH increase in the presence of the copper salt. These findings demonstrate that the pre-pyrolysis incorporation method is decisive for the copper species formed in the biochars. The presence of copper during pyrolysis showed a catalytic effect on the release of oxygenated groups and on the production of more graphitized biochars. However, the developed biochars did not improve the yield of the hexahydroquinoline derivative synthesis reaction. Nonetheless, the results show that biochar does not negatively affect the reaction yield, indicating its potential as a support for other catalytic species.
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SILVA, Mateus Oliveira. Biocarvões de casca de laranja modificada com cloreto de cobre: avaliação da atividade catalítica na obtenção de um derivado hexahidroquinolínico. 2025. 114 p. Dissertação (Mestrado em Agroquímica) - Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2025.
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