[EN] In this work is presented the production of high added value chemicals and biofuels from platform molecules derived from biomass such as 5-hydroxymethylfurfural using heterogeneous catalysts. Firstly, it has been carried out the synthesis of precursors molecules of surfactant by acetalization of HMF with fatty alcohols. Optimization of the catalyst showed that the zeolite Beta modified with sodium through the ion exchange route was the best catalyst for carrying out both direct acetalization of HMF with fatty alcohols and transacetalisation of dimethyl acetal HMF with fatty alcohols, the latter giving excellent yields and selectivities. In a second part, a new class of anionic surfactants with the structure of the 5-alkoxymethylfuroate have been obtained by the etherification of HMF with fatty alcohols (C8, C12, C16, C18) using zeolite Beta as acid catalysts. The subsequent oxidation of the aldehyde group with Au/CeO2 allowed the synthesis of the 5-alkoxymethylfuranoics acid derivatives with high selectivity. It has been shown that the sodium salts of these acids exhibit surfactant properties very similar to conventional surfactants. The synthesis of furan chalcones with pharmacological properties was performed through the Claisen-Schmidt condensation reaction between HMF and acetophenones in the presence of different heterogeneous basic catalysts. It has been shown that the control of polarity of the reaction medium is critical to reach both excellent yields and selectivities towards furanochalcones. The most active and selective catalyst was an Al/Mg mixed oxide working in ethanol-water as a solvent, exhibiting better catalytic properties than conventional homogeneous basic catalysts. Finally, biofuels of second generation have been synthesized from HMF and aromatic hydrocarbons in a two-step process. Firstly it has been carried out the alkylation of aromatic hydrocarbons with HMF in the presence of different heterogeneous acid catalysts. In a second step, the alkylated compounds were transformed into hydrocarbon biofuels through a hydrodeoxygenation process. ITQ-2 and USY zeolites were the most suitable catalysts for the alkylation of aromatic hydrocarbons with HMF catalysts. The 5-benzylfurfural derivatives thus obtained were submitted to a hydrodeoxygenation process using a mixture of Pt/C and Pt/TiO2 as catalyst, resulting in a mixture of alkyl cycloalkanes. It has been shown that this alkylation-hydrodeoxygenation process gives a mixture of hydrocarbons in the range of diesel and kerosene which may be used as high quality additives for these fuels. / [ES] En esta Tesis Doctoral se presenta la obtención de productos químicos de alto valor añadido y biocombustibles a partir de materias primas derivadas de la biomasa, concretamente del 5-Hidroximetilfurfural, mediante catalizadores heterogéneos. Se ha llevado a cabo la síntesis de precursores de moléculas con propiedades surfactantes mediante la acetalización de HMF con alcoholes grasos. La optimización del catalizador mostró que la zeolita Beta modificada por intercambio iónico con sodio era el mejor catalizador para llevar a cabo tanto la acetalización directa del HMF con alcoholes grasos, como la transacetalización del dimetilacetal del HMF con alcoholes grasos, obteniéndose en este último caso excelentes rendimientos y selectividades. Además, se ha obtenido una nueva clase de surfactantes aniónicos con estructura 5-alcoximetilfuroato mediante eterificación del HMF con alcoholes grasos (C8, C12, C16, C18), utilizando zeolitas Beta como catalizadores ácidos y posterior oxidación del grupo aldehído con Au/CeO2, obteniéndose así derivados de ácidos 5-alcoximetilfuranoicos con alta selectividad. Se ha mostrado que las sales sódicas de estos ácidos poseen una capacidad tensioactiva muy similar a la de los tensioactivos convencionales. Se ha realizado la síntesis de furanochalconas con propiedades farmacológicas, mediante la condensación de Claisen-Schmidt entre HMF y acetofenona en presencia de diferentes catalizadores básicos heterogéneos. Se ha mostrado que el control de la polaridad del medio de reacción es decisivo para obtener excelentes rendimientos y selectividades a furanochalconas. El catalizador más activo y selectivo ha resultado ser un óxido mixto de Al/Mg, el cual posee propiedades catalíticas superiores a los catalizadores básicos homogéneos convencionales. Finalmente, a partir de HMF e hidrocarburos aromáticos se han sintetizado compuestos de interés como biocombustibles de segunda generación. Concretamente, se ha llevado a cabo la alquilación de hidrocarburos aromáticos con HMF en presencia de diferentes catalizadores ácidos heterogéneos. En una segunda etapa, mediante un proceso de hidrodesoxigenación, los compuestos alquilados son transformados en biocombustibles hidrocarbonados. Las zeolitas ITQ-2 y USY resultaron ser los catalizadores más adecuados para la alquilación de hidrocarburos aromáticos con HMF. Los derivados 5-bencilfurfural así obtenidos, se sometieron a un proceso de hidrodesoxigenación utilizando como catalizador una mezcla de Pt/C y Pt/TiO2 dando lugar a una mezcla de alquil cicloalcanos. Se ha mostrado que mediante este proceso de alquilación-hidrodesoxigenación es posible obtener una mezcla de hidrocarburos que se encuentran en el rango de diésel y queroseno, que pueden ser utilizados como aditivos de alta calidad de estos combustibles. / [CA] En aquesta Tesi Doctoral es presenta l'obtenció de productes químics d'alt valor afegit i biocombustibles a partir de matèries primes derivades de la biomassa, concretament del 5-Hidroximetilfurfural, mitjançant catalitzadors heterogenis. S'ha dut a terme la síntesi de precursors de molècules amb propietats surfactants mitjançant l'acetalització de HMF amb alcohols grassos. L'optimització del catalitzador va mostrar que la zeolita Beta modificada per intercanvi iònic amb sodi era el millor catalitzador per dur a terme tant l'acetalització directa del HMF amb alcohols grassos, com la transacetalització del dimetilacetal del HMF amb alcohols grassos, obtenint-se en aquest últim cas excel¿lents rendiments i selectivitats. A més, s'ha obtingut una nova classe de surfactants aniònics amb estructura 5-alcoximetilfuroat mitjançant eterificació del HMF amb alcohols grassos (C8, C12, C16, C18), utilitzant zeolites Beta com a catalitzadors àcids i posterior oxidació del grup aldehid amb Au/CeO2, obtenint així derivats d'àcids 5-alcoximetilfuranoics amb alta selectivitat. S'ha mostrat que les sals sòdiques d'aquests àcids tenen una capacitat tensioactiva molt similar a la dels tensioactius convencionals. S'ha realitzat la síntesi de furanochalcones amb propietats farmacològiques, mitjançant la condensació de Claisen-Schmitd entre HMF i acetofenona en presència de diferents catalitzadors bàsics heterogenis. S'ha mostrat que el control de la polaritat del medi de reacció és decisiu per obtenir excel¿lents rendiments i selectivitats a furanochalcones. El catalitzador més actiu i selectiu ha resultat ser un òxid mixt d'alumini i magnesi, el qual posseeix propietats catalítiques superiors als catalitzadors bàsics homogenis convencionals. Finalment, a partir de HMF i hidrocarburs aromàtics s'han sintetitzat compostos d'interès com a biocombustibles de segona generació. Concretament, s'ha dut a terme l'alquilació d'hidrocarburs aromàtics amb HMF en presència de diferents catalitzadors àcids heterogenis. En una segona etapa, mitjançant un procés de hidrodesoxigenació, els compostos d'alquilació són transformats en biocombustibles hidrocarbonats. Les zeolites ITQ-2 i USY resultar ser els catalitzadors més adequats per a l'alquilació d'hidrocarburs aromàtics amb HMF. Els derivats 5-bencilfurfural així obtinguts, es van sotmetre a un procés de hidrodesoxigenació utilitzant com a catalitzador una combinació de Pt/C i Pt/TiO2 donant lloc a una mescla d'alquil cicloalcans. S'ha mostrat que mitjançant aquest procés d'alquilació-hidrodesoxigenació és possible obtenir una mescla d'hidrocarburs que es troben en el rang de dièsel i querosè, que poden ser utilitzats com a additius d'alta qualitat d'aquests combustibles. / Arias Carrascal, KS. (2016). Obtención de productos químicos y biocombustibles a partir de la Biomasa: Transformación de 5-Hidroximetilfurfural mediante catalizadores heterogéneos [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/62782

[EN] This thesis summarizes our efforts to contribute to the development of novel heterogeneous catalysts based on Metal-Organic Framework compounds (MOFs) with a remarkable high thermal and chemical resistance; namely MIL-101 and UiO-66 type compounds. Special emphasis has been placed in the simultaneous introduction of two different active sites, either accidentally or intentionally through linker functionalization or post-synthesis encapsulation. This strategy could lead to multifunctional catalysts that can act together synergistically in a dual activation mechanism or can catalyze two (or more) consecutive reactions in a cascade process. Accordingly, the results presented are organized into two blocks, depending on the number of reaction steps catalyzed by the MOF compound: One step reactions and Multistep reaction processes. Throughout this study, we have duly evaluated the true potential of the MOF with respect to other existing homogeneous and heterogeneous catalysts, and we have also assessed the stability and reusability of the material, which are two of the major objections raised when catalytic applications of MOFs are considered. In the first block of results, the catalytic activity of various MOFs containing inorganic building blocks based on either Zn2+ (MOF-5 and IRMOF-3) or Zr4+ ions (UiO-66 type compounds) is evaluated for single step reactions. In particular, Chapter 1 describes the use of Zn2+ MOFs as catalysts for the Knoevenagel condensation of benzaldehyde and ethyl cyanoacetate. The possible role of defects associated to either partial hydrolysis of the network or inclusion of ZnO particles during the MOF crystallization, have been considered to reevaluate previous existing reports and to explain the (somewhat unexpected) activity of MOF-5 for this reaction. To complete this block of results, we have assessed the performance of MOFs containing Zr oxoclusters as catalysts for the esterification of biomass derived carboxylic compounds: free fatty acids (Chapter 2) and levulinic acid (Chapter 3). Again, the role of lattice defects, associated to linker deficiencies, together with eventual dual activation mechanisms of the carboxylic compound and the alcohol, are considered to explain the observed trends in the catalytic activities of the compounds. In Chapter 4, we describe the preparation of a bifunctional catalyst based on Pd nanoparticles encapsulated inside the mesoporous cages of MIL-101, and its use as catalyst for the one-pot conversion of citronellal into menthol. This transformation consists in a two step process in which the Cr3+ of the MOF first catalyze citronellal isomerization to isopulegol, followed by the hydrogenation of the terminal C=C bond with H2 catalyzed by the encapsulated Pd nanoparticles. Finally, the use of bifunctional metal/acid catalysts for multistep reactions has been further explored in Chapter 5. To the previous Pd compound, we added new bifunctional MOFs, containing either encapsulated Pt nanoparticles or isolated Pd or Pt complexes attached to the organic linkers of the MOF. We discuss the use of these compounds, and the relevance of the acid properties of the material introduced by the Cr3+ nodes, for the one-pot sequential reduction of nitroarenes and reductive amination of carbonyl compounds. This preparative two-steps reaction has been exploited to synthesize various secondary arylamines, while suitable intramolecular variants have been successfully used to prepare N-containing heterocycles: quinolines, pyrrols, and 3-arylpyrrolidines. / [ES] Esta tesis doctoral resume nuestros esfuerzos por contribuir al desarrollo de nuevos catalizadores heterogéneos basados en compuestos Metal-Orgánicos (MOFs) con una notable resistencia térmica y química; es decir, MIL-101 y UiO-66. Hemos puesto un especial énfasis en la introducción simultánea de dos centros activos distintos, ya sea accidentalmente o intencionadamente mediante funcionalización de los ligandos orgánicos del MOF o por encapsulación. Esta estrategia puede dar lugar a catalizadores multifuncionales capaces de actuar sinérgicamente a través de mecanismos de activación dual, o de catalizar dos (o más) reacciones consecutivas en un proceso en cascada. En consecuencia, los resultados presentados se organizan en dos bloques, atendiendo al número de etapas catalizadas por el MOF: reacciones en una sola etapa o reacciones multietapa. A lo largo de este estudio hemos evaluado apropiadamente el verdadero potencial del MOF como catalizador con respecto a otros catalizadores homogéneos y heterogéneos existentes, así como su estabilidad y reusabilidad, ya que se trata de las dos objeciones más importantes que se plantean al considerar el uso de los MOFs para aplicaciones catalíticas. En el primer bloque de resultados se ha evaluado la actividad catalítica de varios MOF con subunidades inorgánicas basadas en iones Zn2+ (MOF-5 e IRMOF-3) o Zr4+ (compuestos tipo UiO-66) para reacciones en una sola etapa. En particular, el Capítulo 1 describe el uso de MOFs de Zn2+ como catalizadores para la reacción de condensación de Knoevenagel entre el benzaldehído y el cianoacetato de etilo. Se ha tenido en cuenta el posible papel de los defectos asociados a la hidrólisis parcial de la red o a la inclusión de partículas de ZnO durante la síntesis del MOF, lo que nos ha permitido reexaminar los resultados previamente publicados en la literatura y explicar la (algo inesperada) actividad catalítica del MOF-5 para esta reacción. Para completar este bloque de resultados, hemos evaluado el comportamiento catalítico de MOFs con oxoagregados de Zr como catalizadores para la esterificación de compuestos carboxílicos derivados de la biomasa: ácidos grasos libres (Capítulo 2) y ácido levulínico (Capítulo 3). De nuevo, hemos considerado el papel de los defectos de red, asociados a deficiencia de ligando, junto con la eventual existencia de mecanismos de activación dual del ácido carboxílico y del alcohol, para explicar las tendencias observadas en la actividad catalítica de los compuestos estudiados. En el Capítulo 4 describimos la preparación de un catalizador bifuncional basado en nanopartículas de Pd en el interior de los poros del MIL-101, así como el uso de este material como catalizador para la conversión en un solo recipiente de reacción (one-pot) de citronelal en mentol. Esta transformación consiste en un proceso en dos etapas en el que los iones Cr3+ del MOF catalizan en primer lugar la isomerización de citronelal a isopulegol, seguida de la hidrogenación de los enlaces C=C terminales con H2 catalizada por las nanopartículas de Pd. Finalmente, en el Capítulo 5 hemos profundizado en el uso de catalizadores bifuncionales metal/ácido para reacciones multietapa. Al material de Pd antes descrito, añadimos otros MOFs bifuncionales conteniendo nanopartículas de Pt o complejos metálicos mononucleares de Pd o Pt unidos a los ligandos orgánicos del MOF. En este capítulo discutimos el uso de estos compuestos, y la relevancia de las propiedades ácidas del material introducidas por los nodos de Cr3+, para la reducción secuencial de compuestos nitroarénicos y la aminación reductiva de compuestos carbonílicos en one-pot. Esta reacción en dos pasos se ha usado para sintetizar varias arilaminas secundarias, mientras que el uso de variantes intramoleculares de esta reacción nos ha permitido preparar compuestos N-heterocíclicos: quinolinas, pirroles y 3-arilpirrolidinas. / [CA] Aquesta tesi doctoral resumeix els nostres esforços per contribuir al desenvolupament de nous catalitzadors heterogenis basats en compostos Metall-Orgànics (MOFs) amb una notable resistència tèrmica i química; és a dir, MIL-101 i UiO-66. Hem dedicat un especial èmfasi en la introducció simultània de dos centres actius diferents, ja sigui de forma accidental o intencionada mitjançant la funcionalització dels lligands orgànics del MOF o per encapsulament. Aquesta estratègia pot donar lloc a catalitzadors multifuncionals capaços d'actuar sinèrgicament a través de mecanismes d'activació dual, o de catalitzar dues (o més) reaccions consecutives en un procés en cascada. D'acord amb això, els resultats presentats s'organitzen en dos blocs, tenint en compte el nombre d'etapes catalitzades pel MOF: reaccions en una sola etapa o reaccions multietapa. Al llarg d'aquest estudi hem avaluat degudament el vertader potencial del MOF com a catalitzador respecte a altres catalitzadors homogenis i heterogenis existents, així com la seva estabilitat i reusabilitat, ja que aquestes són dues de les objeccions més importants que es plantegen quan es considera l'ús dels MOFs per a aplicacions catalítiques. En el primer bloc de resultats s'ha avaluat l'activitat catalítica de varis MOFs amb subunitats inorgàniques basades en ions Zn2+ (MOF-5 i IRMOF-3) o Zr4+ (composts tipus UiO-66) per a reaccions en una sola etapa. En particular, el Capítol 1 descriu l'ús de MOFs de Zn2+ com a catalitzadors per a la reacció de condensació de Knoevenagel entre el benzaldehid i el cianoacetat d'etil. S'ha tingut en compte el possible paper dels defectes associats a la hidròlisi parcial de la xarxa o a la inclusió de partícules de ZnO durant la síntesi del MOF, el que ens ha permès reexaminar els resultats previs publicats en la literatura i explicar la (un poc inesperada) activitat catalítica del MOF-5 per a aquesta reacció. Per completar aquest bloc de resultats, hem avaluat el comportament catalític de MOFs amb oxoagregats de Zr com a catalitzadors per a l'esterificació de composts carboxílics derivats de la biomassa: Àcids grassos lliure (Capítol 2) i àcid levulínic (Capítol 3). Novament, hem considerat el paper dels defectes de xarxa, associats a deficiències de lligand orgànic, junt amb l'eventual existència de mecanismes d'activació dual de l'àcid carboxílic i de l'alcohol, per poder explicar les tendències observades en l'activitat catalítica dels composts estudiats. En el Capítol 4 descrivim la preparació d'un catalitzador bifuncional basat en nanopartícules de Pd encapsulades a l'interior de les cavitats mesoporoses del MIL-101, així com l'ús d'aquest material com a catalitzador per a la conversió en un sol recipient de reacció (one-pot) de citronelal a mentol. Aquest transformació consisteix en un procés en dues etapes en el que els ions Cr3+ del MOF catalitzen en primer lloc la isomerització de citronelal a isopulegol, seguida de la hidrogenació dels enllaços C=C terminals amb H2 catalitzada per les nanopartícules de Pd. Finalment, al Capítol 5 hem aprofundit en l'ús de catalitzadors bifuncionals metall/àcid per a reaccions multietapa. Al material de Pd descrit abans, hem afegit altres MOFs bifuncionals que contenen nanopartícules de Pt encapsulades o complexes metàl¿lics mononuclears de Pd ò Pt units als lligands orgànics del MOF. En aquest capítol discutim l'ús d'aquests composts, i la rellevància de les propietats àcides del material introduïdes pels nodes de Cr3+, per a la reducció seqüencial de composts nitroarènics y la aminació reductiva de composts carbonílics en one-pot. Aquesta reacció en dos passos s'ha emprat per a sintetitzar varies arilamines secundàries, mentre que l'ús de variants intramoleculars d'aquesta reacció ens ha permès preparar composts N-heterocíclics: quinolines, pirrols i 3-arilpirrolidines. / García Cirujano, FC. (2016). Desarrollo de materiales Metal-Orgánicos (MOFs) como catalizadores heterogéneos para reacciones en una o varias etapas [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/64071

In this Doctoral Thesis we present the valorization of raw materials derived from biomass, specifically ethyl levulinate and 5-hydroxymethylfurfural, by reductive amination with primary amines, using heterogeneous catalysts based on supported metallic nanoparticles and hydrogen as reducing agent. For this, multifunctional heterogeneous catalysts based on nanoparticles of different metals (Pt, Pd and Ru) supported on different materials have been prepared and characterized. The most important results collected in this work can be divided into three parts: A) Synthesis of 2-pyrrolidones by reductive amination of ethyl levulinate with different amines, using hydrogen as a reducing agent and in the absence of solvent. The process presents a first step in which the formation of an intermediate imine takes place, followed by the hydrogenation of the C=N double bond and cyclization to 2-pyrrolidones. The results showed that the catalyst 0.2%Pt/TiO2 (dec), in which the Pt nanoparticles are decorated with TiOx species from the support, is a very active and chemoselective catalyst to carry out this process, being possible to achieve excellent results In terms of conversions and selectivities to the corresponding pyrrolidones, even in the presence of groups capable of being hydrogenated. B) Synthesis of pyrrolidones by reductive amination of ethyl levulinate and different nitro compounds through a cascade process through reductive amination. A catalyst was developed based on Pt nanoparticles supported on titanium dioxide nanotubes (0.2%Pt/TiO2-NT (dec)) capable of catalyzing the hydrogenation of the nitro group and RA with high chemoselectivity. In addition, through in situ infrared studies, kinetic and mechanistic aspects of the course of the reaction were studied to determine which were the active centers that act in the process. C) Synthesis of N-substituted 5-hydroxymethyl-2-furfurylamines derivatives by reductive amination of HMF with different amines. Catalysts based on carbon-supported Pd nanoparticles (5%Pd/CA) were used. In this case, good results were also obtained for obtaining furfurylamines derivatives. / En la presente Tesis Doctoral se presenta la valorización de materias primas derivadas de la biomasa, concretamente del levulinato de etilo y del 5-hidroximetilfurfural, mediante aminación reductiva con aminas primarias, utilizando catalizadores heterogéneos basados en nanopartículas metálicas soportadas e hidrógeno como agente reductor. Para ello, se han preparado y caracterizado catalizadores heterogéneos multifuncionales basados en nanopartículas de distintos metales (Pt, Pd y Ru) soportados sobre materiales de diversa naturaleza. Los resultados más importantes recogidos en este trabajo se pueden diferenciar en tres partes: A) Síntesis de 2-pirrolidonas mediante aminación reductiva de levulinato de etilo con diferentes aminas, utilizando hidrógeno como agente reductor y en ausencia de disolvente. El proceso presenta una primera etapa en la que tiene lugar la formación de una imina intermedia, seguida de la hidrogenación del doble enlace C=N y ciclación a 2-pirrolidonas. Los resultados mostraron que el catalizador 0.2%Pt/TiO2 (dec), en el cual los cristales de Pt están decorados con especies TiOx procedentes del soporte, es un catalizador muy activo y quimioselectivo para llevar a cabo este proceso, siendo posible alcanzar excelentes resultados en cuanto a conversiones y selectividades a las correspondientes pirrolidonas, incluso en presencia de grupos susceptibles de ser hidrogenados. B) Síntesis de pirrolidonas mediante aminación reductiva de levulinato de etilo y diferentes nitrocompuestos a través de un proceso en cascada mediante aminación reductiva. Se desarrolló un catalizador basado en nanopartículas de Pt soportadas sobre nanotubos de dióxido de titanio (0.2%Pt/TiO2-NT (dec)) capaz de catalizar con gran quimioselectividad la hidrogenación del grupo nitro y la AR. Además, a través de estudios de infrarrojo "in situ", se estudiaron aspectos cinéticos y mecanísticos del trascurso de la reacción, para determinar cuáles eran los centros activos que actúan en el proceso. C) Síntesis de derivados de 5-hidroximetil-2-furfurilaminas-N-sustituidas mediante aminación reductiva de HMF con diferentes aminas. Se utilizaron catalizadores basados en nanopartículas de Pd soportadas sobre carbono (5%Pd/CA). En este caso, también se obtuvieron buenos resultados para la obtención de derivados de furfurilaminas. / En la present tesi doctoral es presenta la valorització de matèries primeres derivades de la biomassa, concretament del levulinat d'etil i del 5-hidroximetilfurfural, mitjançant aminació reductiva amb amines primàries, utilitzant catalitzadors heterogenis basats en nanopartícules metàl·liques suportades i hidrogen com a agent reductor. Per això, s'han preparat i caracteritzat catalitzadors heterogenis multifuncionals basats en nanopartícules de diferents metalls (Pt, Pd i Ru) suportats sobre materials de diversa naturalesa. Els resultats més importants recollits en aquest treball es poden desglossar en tres parts: A) Síntesi de 2-pirrolidones mitjançant aminació reductiva de levulinat d'etil amb diferents amines, utilitzant hidrogen com a agent reductor i en absència de dissolvent. El procés presenta una primera etapa on té lloc la formació d'una imina intermèdia, seguida de la hidrogenació del doble enllaç C = N i ciclació a 2-pirrolidones. Els resultats van mostrar que el catalitzador 0.2%Pt/TiO2 (dec), en el qual els cristalls de Pt estan decorats amb espècies TiOx procedents del suport, és un catalitzador molt actiu i quimioselectiu per dur a terme aquest procés. D'aquesta forma es pot aconseguir excel·lents resultats pel que fa a conversions i selectivitats a les corresponents pirrolidones, fins i tot en presència de grups susceptibles de ser hidrogenats. B) Síntesi de pirrolidones mitjançant aminació reductiva de levulinat d'etil i diferents nitrocompostos a través d'un procés en tàndem mitjançant aminació reductiva. Es va desenvolupar un catalitzador basat en nanoparticulas de Pt suportades sobre nanotubs de diòxid de titani (0.2%Pt/TiO2-NT (dec)) capaç de catalitzar amb gran quimioselectivitat la hidrogenació del grup nitro i l'aminació reductiva. A través d'estudis d'infraroig "in situ", es van estudiar aspectes cinètics i mecanístics del transcurs de la reacció, per determinar quins eren els centres actius que actuen en el procés. C) Síntesi de derivats de 5-hidroximetil-2-furfurilaminas-N-substituïts mitjançant aminació reductiva de HMF amb diferents amines. Es van utilitzar catalitzadors basats en nanopartícules de Pd suportades sobre carboni (5%Pd/CA). En aquest cas, també es van obtenir bons resultats per a l'obtenció de derivats de furfurilamines. / Vidal Castro, JD. (2017). VALORACIÓN DE MOLÉCULAS PLATAFORMA DERIVADAS DE BIOMASA MEDIANTE AMINACIÓN REDUCTIVA UTILIZANDO NANOPARTÍCULAS METÁLICAS COMO CATALIZADORES HETEROGÉNEOS [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/90466

[ES] En esta Tesis Doctoral, se han desarrollado varias rutas catalíticas para la obtención de productos químicos de alto valor añadido y de interés para la industria alimentaria, farmacéutica o petroquímica del plástico, bajo los principios de la Química Verde y mediante catalizadores heterogéneos químicos y enzimáticos. En concreto, se ha desarrollado la hidrólisis enzimática de la naringina (un flavonoide ampliamente presente en los residuos cítricos) para la obtención de los flavonoides prunina y naringenina, que presentan aplicación farmacológica y alimentaria. Para ello, se ha purificado de manera simple y en un solo paso la naringinasa comercial del hongo Penicillium decumbens y se ha obtenido una enzima purificada que permite la obtención selectiva del flavonoide cítrico prunina. Ambas enzimas, la comercial y la purificada, se han inmovilizado covalentemente sobre un soporte orgánico (óxido de grafeno) y una zeolita bidimensional (ITQ2) modificada con grupos aldehído en su superficie. Se han caracterizado los derivados enzimáticos obtenidos mostrando una alta estabilidad térmica y una mayor afinidad por el sustrato que la enzima libre. Los derivados enzimáticos se han implementado con éxito en la hidrólisis de la naringina y se han obtenido altas conversiones y selectividades. Además, la naringinasa inmovilizada sobre la zeolita ITQ-2 se ha aplicado al tratamiento de zumo de pomelo para reducir su sabor amargo (el cual es debido en parte a la presencia de naringina) mediante un proceso en reactor continuo de lecho fijo. Se ha mostrado que es posible mantener durante al menos 300 h la actividad catalítica del enzima inmovilizado, obteniéndose altas cantidades de azúcares liberados, la consecuente pérdida del sabor amargo y, además, aumentando la capacidad antioxidante del zumo de pomelo. Se ha desarrollado un proceso quimioenzimático para la obtención de alcoholes quirales con aplicación farmacológica, mediante un proceso en continuo y en dos pasos (oxidación-reducción). En un primer paso, se ha llevado a cabo la oxidación de Oppenauer del alcohol racémico utilizando la zeolita Zr-Beta y, como aceptor de hidruros, acetona, obteniéndose la correspondiente cetona proquiral e isopropanol como subproducto. En un segundo paso, se ha realizado la reducción enantioselectiva de la cetona proquiral utilizando la enzima alcohol deshidrogenasa (ADH) inmovilizada electrostáticamente sobre la zeolita ITQ-2 y el isopropanol producido en el primer paso como regenerador del cofactor enzimático, obteniéndose altos rendimientos y enantioselectividades a los alcoholes quirales (R o S). Se ha mostrado que ambos sistemas catalíticos son altamente activos, selectivos y estables, siendo posible mantener durante al menos 100 h rendimientos mayores del 90 % en reactores continuos de lecho fijo por separado. Finalmente, se han combinado ambas etapas en continuo que se han mantenido operativas durante al menos 40 h obteniéndose rendimientos al alcohol quiral mayores del 90 %. Se ha desarrollado un proceso quimioenzimático en continuo y en dos etapas para la obtención de diésteres del 2,5-bis(hidroximetil)furano (BHMF), útiles como plastificantes en la industria de polímeros. La primera etapa consiste en la reducción quimioselectiva del HMF utilizando un catalizador de cobalto, obteniéndose altos rendimientos y selectividades al BHMF. En un segundo paso, se ha esterificado/transesterificado el BHMF, utilizando una lipasa inmovilizada. Se ha llevado a cabo la optimización de ambas etapas por separado en reactores discontinuos y continuos de lecho fijo. La optimización del disolvente y el compuesto dador de acilo han permitido obtener rendimientos de aproximadamente el 90 % de diésteres en el proceso quimioenzimático global, manteniéndose la actividad y selectividad del proceso en continuo durante al menos 60 h. / [CA] En aquesta Tesi Doctoral s'han desenvolupat diverses rutes catalítiques per a l'obtenció de productes químics d'alt valor afegit i d`interés per a la indústria alimentària, farmacéutica i petroquímica del plàstic, baix els principis de la Química Verda i mitjançant catalitzadors heterogenis químics i enzimàtics. En concret, s'ha desenvolupat la hidròlisi enzimàtica de la naringina (un flavonoide àmpliament present en els residus cítrics) per a l'obtenció dels flavonoides prunina i naringenina, que presenten aplicació farmacològica o alimentària. Per tant, s'ha purificat de manera simple i només en un pas la naringinasa comercial del fong Penicillium decumbens i s'ha obtingut un enzim purificat que permet l'obtenció selectiva del flavonoide cítric prunina. Aquestes enzims, el comercial i el purificat, s'han immobilitzat covalentment sobre un suport orgànic (òxid de grafé) i una zeolita bidimensional (ITQ-2) modificada amb grups aldehid en la seva superfície. S'han caracteritzat els derivats enzimàtics obtinguts mostrant una alta estabilitat tèrmica i una major afinitat pel substrat que l'enzim lliure. Els derivats enzimàtics s'han implementat amb èxit en la hidrólisis de la naringina i s'han obtingut altes conversions i selectivitats. A més, la naringinasa immobilitzada sobre la zeolita ITQ-2 s'ha aplicat al tractament de suc d'aranja per a reduir el seu sabor amarg (en part degut a la presència de naringina) mitjançant un procés en reactor continu de llit fix. S'ha mostrat que es pot mantenir durant almenys 300 h l'activitat catalítica de l'enzim immobilizat, obtenintse altes quantitats de sucres alliberats, la conseqüent pèrdua del sabor amarg i, a més, augmentant la capacitat antioxidant del suc d'aranja. S'ha desenvolupat un procés quimioenzimàtic per a l'obtenció d'alcohols quirals amb aplicació farmacològica, mitjançant un procés en continu i en dos passos (oxidació-reducció). En un primer pas, s'ha dut a terme l'oxidació de Oppenauer de l'alcohol racèmic utilitzant la zeolita Zr-Beta i, acetona com a acceptor d'hidrurs, obtenint-se la corresponent cetona proquiral i isopropanol com subproducte. En un segon pas, s'ha realitzat la reducció enantioselectiva de la cetona proquiral utilitzant l'enzim alcohol deshidrogenasa (ADH) immobilitzada electrostàticament sobre la zeolita ITQ-2 i el isopropanol produït en el primer pas com a regenerador del cofactor enzimàtic, obtenint-se alts rendiments i enantioselectivitats als alcohols quirals (R o S). S'ha mostrat que tots dos sistemes catalítics són altament actius, selectius i estables, així, es possible mantenir durant almenys 100 h rendiments majors del 90 % en reactors continus de llit fix per separat. Finalment, s'han combinat totes dues etapes en continu que s'han mantingut operatives durant almenys 40 h, obtenint-se rendiments a l'alcohol quiral majors del 90 %. S'ha desenvolupat un procés quimioenzimàtic en continu i en dues etapes per a l'obtenció de diésters del 2,5-bis(hidroximetil)furà (BHMF), útils com a plastificants en la indústria de polímers. La primera etapa consisteix en la reducció quimioselectiva del HMF utilitzant un catalitzador de cobalt, obtenint-se alts rendiments i selectivitats al BHMF. En la segona etapa, s'ha esterificat/transesterificat el BHMF, utilitzant l'enzim lipasa immobilitzada. S'ha dut a terme l'optimització de totes dues etapes per separat en reactors discontinus i continus de llit fix. La optimització del disolvent i el compost dador de grups acil han permet obtindre rendiments d'aproximadament el 90 % de dièsters en el procés quimioenzimàtic global, mantenint-se l'activitat i selectivitat del procés en continu durant almenys 60 h. / [EN] In this Doctoral Thesis, several catalytic routes have been developed with the aim of obtaining chemical products of high added value and of interest to the food, pharmaceutical and plastic petrochemical industries, under the principles of Green Chemistry and through heterogeneous catalysts both chemical and enzymatic. Specifically, enzymatic hydrolysis of naringin (a flavonoid which is widely present in citric wastes) has been developed to obtain prunin and naringenin flavonoids, which have food and pharmaceutical applications. For this purpose, the commercial naringinase from the fungus Penicillium decumbens has been purified in a simple way in one step, and it has been obtained a purified enzyme which allows obtaining selectively the citric flavonoid prunin. Both enzymes, the commercial and the purified one, have been covalently immobilized over an organic support (graphene oxide) and over a bidimensional zeolite (ITQ-2) modified with aldehyde groups on its surface. The enzymatic derivatives have been characterized, and it has been shown that they have high thermal stability and more affinity for the substrate than the free enzyme. The enzymatic derivatives have been used successfully in the hydrolysis of naringenin, showing high conversions and selectivities. Additionally, the immobilized naringinase over the ITQ-2 zeolite has been used to treat the grapefruit juice to reduce the bitter taste (which is in part due to the presence of naringin) through a process in a fixed bed continuous reactor. It has been shown that is possible to maintain the catalytic activity through 300 hours, obtaining high quantities of released sugars, the lose of the bitter taste and, what is more, increasing the antioxidant capacity of the grapefruit juice. A chemoenzymatic process has been developed with the aim of obtaining chiral alcohols with pharmaceutical applications, through a continuous process in two steps (oxidation-reduction). The first step is the Oppenauer oxidation of a racemic alcohol using Zr-Beta zeolite and acetone as hydride acceptor, and as a result, the corresponding prochiral ketone and isopropanol as by-product are obtained. The second step is the enantioselective reduction of the prochiral ketone using the alcohol dehydrogenase enzyme (ADH) electrostatically immobilized on the ITQ-2 zeolite and the isopropanol produced in the first step, which regenerates the cofactor; this process presents both a high yield and enantioselectivities to the chiral alcohols (R or S). It has been shown that both catalytic systems are highly actives, selectives and stables: with both of them it is possible to keep a yield higher than 90 % during at least 100 h in continuous reactors with fixed bed. Finally, both steps have been combined in continuous, and this reaction has been kept during at least 40 h with a yield to the chiral alcohol higher than 90 %. A chemoenzymatic process in a continuous fixed bed reactor has been developed in two steps to obtain diesters of 2,5-bis(hydroxymethyl)furan (BHMF), which are useful as plasticizers in the polymer industry. The first step consists of the chemoselective reduction of the HMF using a catalyst based on cobalt, which allow obtaining high yield and selectivities to BHMF. In the second step, the BHMF has been esterified/transesterified using the immobilized lipase. Both steps have been optimized separately in discontinuos and continuous reactors. The optimization of the solvent and acyl donor allowed to obtain yields of diesters of around 90 % in the global chemoenzymatic process, while the activity and selectivity of the continuous process was maintained during at least 60 h. / Carceller Carceller, JM. (2019). Desarrollo de procesos enzimáticos y quimio-enzimáticos utilizando catalizadores heterogéneos para la síntesis de productos de Química Fina [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/129871

[ES] En la presente tesis doctoral se ha llevado a cabo un estudio de nuevas reacciones orgánicas de interés catalizadas por diferentes especies de paladio, tanto clústeres como complejos metálicos. En primer lugar, se ha estudiado la reacción intramolecular regioirregular de Mizoroki-Heck catalizada por clústeres de paladio en disolución, donde se han puesto en conflicto las propiedades electrónicas y estéricas de la reacción de Mizoroki-Heck, obteniendo la reacción de ciclación con una regioselectividad inversa. También se han realizado estudios mecanísticos mediante experimentos cinéticos y computacionales. También se ha desarrollado un catalizador sólido basado en una zeolita, concretamente la zeolita X, que tras intercambiar los cationes de compensación de carga e introducir el Pd, cataliza la reacción intermolecular de Mizoroki-Heck regioirregular. Se ha conseguido obtener un centro activo en la zeolita con las condiciones tanto estéricas como electrónicas óptimas para realizar la reacción intermolecular regioirregular de Mizoroki-Heck entre estirenos y iodobencenos, con buenos rendimientos y selectividades. Por otro lado, se ha estudiado una nueva ruta de síntesis de una fragancia comercial, la deshidromuscona, donde se obtiene un rendimiento global de síntesis mayor que el obtenido actualmente en la industria, todo ello en un menor número de pasos. Se ha llevado a cabo un estudio más intenso sobre el paso donde se realiza la macrociclación en alta concentración, para poder ser viable industrialmente. Mediante la reacción de Mizoroki-Heck estudiada arriba, se ha llevado a cabo un estudio de macrociclación a alta concentración donde, a partir de unos sustratos modelo, se realiza la reacción de macrociclación catalizada por clústeres de paladio en disolución, y se obtienen los macrociclos con buenos rendimientos en una concentración de hasta 1M. También se han realizado estudios mecanísticos tanto computacionales como cinéticos. Por último, se ha realizado la síntesis de dos fosfinas voluminosas basadas en una fragancia, y su posterior estudio de coordinación con el paladio y su alcance catalítico en reacciones orgánicas de interés, como son la telomerización de isopreno, y las reacciones de acoplamiento Buchwald-Hartwig y Suzuki con cloroderivados, donde se comprueba la capacidad catalítica de los complejos formados con nuestras fosfinas y el paladio. / [CA] En la present tesi doctoral s'ha dut a terme un estudi de noves reaccions orgàniques d'interés catalitzades per diferents espècies de pal·ladi, tant clústers com complexos metàl·lics. En primer lloc, s'ha estudiat la reacció intramolecular regioirregular de Mizoroki- Heck catalitzada per clústers de pal·ladi en dissolució, on s'han posat en contrast les propietats electròniques i estèriques de la reacció de Mizoroki-Heck obtenint la reacció de ciclació amb una regioselectivitat inversa. També s'han realitzat estudis mecanístics mitjançant estudis cinètics i computacionals. També s'ha desenvolupat un catalitzador sòlid basat en zeolita, concretament la zeolita X, que després de fer-li intercanvi de cations i introduir el Pd que catalitza la reacció a l'interior, s'ha aconseguit obtindre un centre actiu amb les condicions tant estèriques com electròniques òptimes per a realitzar la reacció intermolecular regioirregular de Mizoroki-Heck entre estirens i iodobencenos amb bons rendiments i selectivitats. D'altra banda, s'ha estudiat una nova ruta de síntesi d'una fragància comercial, la deshidromuscona, on s'obté un rendiment global de síntesi major que l'obtingut actualment en la indústria, tot això en un menor nombre de passos, on s'ha dut a terme un estudi més intens d'un pas on es realitza una macrociclació en alta concentració per a poder ser viable industrialment. Mitjançant la reacció de Mizoroki-Heck estudiada anteriorment, s'ha dut a terme un estudi de macrociclació en alta concentració on a partir uns substrats model es realitza la reacció de macrociclació catalitzada per clústers de pal·ladi en dissolució on s'obtenen els macrocicles amb bons rendiments en una concentració fins del 1M. També s'han realitzat estudis mecanístics tant computacionals com cinètics. Finalment, s'ha realitzat la síntesi de dues fosfines voluminoses basades en fragàncies i el seu posterior estudi de coordinació amb el pal·ladi i el seu abast catalític en reaccions orgàniques difícils, com són la telomerización, la Buchwald-Hartwig o la Suzuki, comprovant la capacitat catalítica dels complexos formats amb les nostres fosfines i el pal·ladi. / [EN] In this doctoral thesis, a study of new organic reactions of interest catalyzed by different palladium species, both clusters and metal complexes, has been carried out. Firstly, the intramolecular regioirregular Mizoroki-Heck reaction catalyzed by palladium clusters in solution has been studied, where the electronic and steric properties of the Mizoroki-Heck reaction have been contrasted, obtaining the cyclization reaction with an inverse regioselectivity. Mechanistic studies have also been carried out by kinetic and computational studies. A solid catalyst based on a zeolite has also been developed, specifically zeolite X, which after making cation exchange and introducing the Pd that catalyzes the reaction inside, it has been possible to obtain an active center with the optimum steric and electronic conditions to carry out the intermolecular regioirregular Mizoroki-Heck reaction between styrenes and iodobenzenes, with good yields and selectivities. On the other hand, a new route for the synthesis of a commercial fragrance, dehydromuscone, has been studied, where a higher overall synthesis yield than the one currently obtained in the industry is obtained. The new synthesis is carried out in less number steps, and a more intense study on the macrocyclization reactive in high concentration has been carried out, in order to evaluate if it is industrially viable. By means of the Mizoroki-Heck reaction studied previously, a study of macrocyclization at high concentration has been carried out where, from some model substrates, the macrocyclization reaction catalyzed by palladium clusters in solution is carried out, to obtain macrocycles with good yields and in a concentration up to 1M. Both computational and kinetic mechanistic studies have also been performed. Finally, the synthesis of two bulky phosphines based on a commercial fragrance and their subsequent coordination with palladium has been studied. Their catalytic scope in challenging organic reactions, such as the telomerization of isoprene, and the Buchwald-Hartwig and Suzuki cross-coupling reactions of chloroderivatives, have been carried out, verifying the catalytic capacity of the complexes formed with our phosphines and palladium. / Garnes Pórtoles, F. (2023). Nuevas reacciones de acoplamiento cruzado de alquenos terminales altamente regioselectivas y catalizadas por paladio [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/195109

[ES] En la presente tesis doctoral el principal objetivo ha sido desarrollar una nueva metodología para producir monoésteres, diésteres y polioles derivados de ácidos grasos de forma continua. Una producción en continuo incrementa la producción y la productividad por tiempo de catalizador. Además, esta metodología es mucho más sostenible para el medioambiente, ya que hace decrecer el factor E (Factor E = kg totales de sustancias involucradas en el proceso/Kg de producto) y se reducen también los residuos generados, si los comparamos a un proceso discontinuo. Así mismo, el proceso en continuo se desarrollará mediante catálisis heterogénea y mediante sólidos poliméricos de nueva síntesis. Cabe destacar que actualmente no hay en la literatura ninguna referencia de producción en continuo para la esterificación de ácidos grasos lineales de cadena larga con alcoholes. En primer lugar, se realizó un "screening" de diferentes catalizadores a nivel de laboratorio para la reacción de esterificación tanto en "batch" como en un reactor de lecho fijo. De entre los catalizadores probados se vio como catalizadores como el PAFR eran altamente activos a la conversión de ácidos, pero su limitada disponibilidad a nivel comercial limitó su posterior uso. Otra tipología de catalizadores probados fueron los carbones activos funcionalizados con azufre, entre ellos el catalizador que mejor funcionó fue el Norit RBHG. Sin embargo, debido al lixiviado durante la reacción, nos impide utilizarlos a nivel de planta piloto. Por tanto, el catalizador más adecuado para ser probado en planta piloto es la resina Amberlyst-16, ya que ha presentado el mejor rendimiento y es estable a la lixiviación. Con los resultados obtenidos en el laboratorio se diseñó y se fabricó, juntamente con una empresa de ingeniería, una planta piloto para la fabricación de ésteres en un reactor de lecho fijo. En ella se realizaron estudios de viabilidad técnica y económica para la reacción de esterificación de ácido láurico. Los resultados obtenidos indicaron que es posible fabricar 2-EHL a nivel de planta piloto en conversiones cercanas al 98% utilizando un catalizador ácido como es la resina Amberlyst-16. Se llevo a cabo un estudio de viabilidad económica con el que se pudo comprobar cómo con la planta piloto no es rentable fabricar, pero si se decidiera invertir en una planta industrial en continuo para la fabricación de ésteres de ácidos grasos, el retorno de inversión sería prácticamente inmediato, ya que la eficiencia de fabricación es mucho mayor que la que se tiene en una planta de esterificación en batch. Por último, se realizaron pruebas de uso del 2-EHL fabricado en la planta piloto para determinar si era posible utilizar en 2-EHL con la conversión del 98% en formulaciones de tintas digitales cerámicas en base solvente, los resultados obtenidos fueron excelentes, ya que no había variación en las propiedades de la tinta al sustituir el 2-EHL comercial por el 2-EHL fabricado en la planta piloto, dando por concluido el estudio. / [CAT] En aquesta tesi doctoral el principal objectiu ha estat desenvolupar una nova metodologia per produir monoèsters, dièsters i poliols derivats d'àcids grassos de forma contínua. Una producció en continu incrementa la producció i la productivitat per temps de catalitzador. A més, aquesta metodologia és molt més sostenible per al medi ambient, ja que fa decréixer el factor E (Factor E = kg totals de substàncies involucrades en el procés/Kg de producte) i es redueixen també els residus generats, si els comparem a un procés en discontinu. Així mateix, el procés en continu s'ha desenvolupat mitjançant catàlisi heterogènia i mitjançant sòlids polimèrics de nova síntesi. Cal destacar que actualment no hi ha a la literatura cap referència de producció en continu per a l'esterificació d'àcids grassos lineals de cadena llarga amb alcohols. En primer lloc, es va realitzar un "screening" de diferents catalitzadors a nivell de laboratori per a la reacció d'esterificació tant a "batch" com a un reactor de llit fix. Entre els catalitzadors provats es va veure com catalitzadors com el PAFR eren altament actius a la conversió d'àcids, però la seva limitada disponibilitat a nivell comercial va limitar el seu posterior ús. Una altra tipologia de catalitzadors provats van ser els carbons actius funcionalitzats amb sofre, entre ells el catalitzador que millor va funcionar va ser el Norit RBHG. Tot i això, a causa del lixiviat durant la reacción, esta ens impedeix utilitzar-los a nivell de planta pilot. Per tant, el catalitzador més adequat per ser provat a planta pilot és la resina Amberlyst-16, ja que ha presentat el millor rendiment i és estable a la lixiviació. Amb els resultats obtinguts al laboratori es va dissenyar i fabricar, juntament amb una empresa d'enginyeria, una planta pilot per a la fabricació d'èsters en un reactor de llit fix. S'hi van fer estudis de viabilitat tècnica i econòmica per a la reacció d'esterificació d'àcid làuric. Els resultats obtinguts van indicar que és possible fabricar 2-EHL a nivell de planta pilot en conversions properes al 98% utilitzant un catalitzador àcid com és la resina Amberlyst-16. Es va dur a terme un estudi de viabilitat econòmica amb què es va poder comprovar com amb la planta pilot no és rendible fabricar, però si es decidís invertir en una planta industrial en continu per a la fabricació d'èsters d'àcids grassos, el retorn d'inversió seria pràcticament immediat ja que l'eficiència de fabricació és molt més gran que la que es té en una planta d'esterificació en batch. Finalment, es van realitzar proves d'ús del 2-EHL fabricat a la planta pilot per determinar si era possible utilitzar a 2-EHL amb la conversió del 98% en formulacions de tintes digitals ceràmiques en base solvent, els resultats obtinguts van ser excel·lents ja que no hi havia variació en les propietats de la tinta en substituir el 2-EHL comercial pel 2-EHL fabricat a la planta pilot, donant per conclòs l'estudi. / [EN] In the present doctoral thesis, the main objective has been to develop a new methodology to produce mono-esters, di-esters and polyols derived from fatty acids, continuously. Continuous production increases production and productivity per catalyst time. In addition, this methodology is much more sustainable for the environment, since it decreases the factor E (Factor E = total kg of substances involved in the process/Kg of product) and the waste generated is also reduced, if we compare to a discontinuous process. Likewise, the continuous process will be developed through heterogeneous catalysis and through newly synthesized polymeric solids. It should be noted that there is not any current continuous production reference in the literature for the esterification of long-chain linear fatty acids with alcohols. In the first place, a screening of different catalysts was carried out at the laboratory level for the esterification reaction both in batch and in a fixed-bed reactor. Among the catalysts tested, catalysts such as PAFR were found to be highly active in acid conversion, but their limited commercial availability prevented their further use. Another type of catalyst tested was sulfur-functionalized active carbon, and the catalyst that worked best was Norit RBHG. However, due to leaching during the reaction, it prevents us from using them at the pilot plant level. Therefore, the most suitable catalyst to be tested in a pilot plant was the Amberlyst-16 resin, since it presented the best performance and is stable to leaching. With the results obtained in the laboratory, a pilot plant for the manufacture of esters in a fixed-bed reactor was designed and manufactured, together with an engineering company. Technical and economic feasibility studies were carried out for the lauric acid esterification reaction. The results obtained indicated that it is possible to manufacture 2-EHL at a pilot plant level with conversions close to 98%, using an acid catalyst such as Amberlyst-16 resin. An economic feasibility study was carried out which verifies that the pilot plant it is not profitable to manufacture, but if it were decided to invest in a continuous industrial plant for the manufacture of fatty acid esters, the return on investment would be practically immediately, since the manufacturing efficiency is much higher than that of a batch esterification plant. Finally, use tests of the 2-EHL manufactured in the pilot plant were carried out to determine if it was possible to use 2-EHL with a conversion of 98% in solvent-based ceramic digital ink formulations. The results obtained were excellent since there was not any variation in the properties of the ink when substituting the commercial 2-EHL, thus ending the study so far. / Martínez Castelló, A. (2022). Esterificación de ácidos grasos en lecho fijo [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/191533

[ES] En este trabajo de tesis doctoral se ha llevado a cabo la síntesis de diferentes materiales de tipo metal-orgánico (MOFs) para su aplicación en procesos catalíticos heterogéneos en la obtención de productos químicos de un alto valor añadido. Al-ITQ-HB es un material híbrido en 2D que ha mostrado actividad para la síntesis quimioselectiva de benzimidazoles, muy utilizados en la industria farmacéutica, y para la reacción de cianosililación de compuestos carbonílicos. El material se mostró estable bajo las condiciones de reacción e incluso activo en disoluciones acuosas lo cual se puede explicar debido a su carácter hidrofóbico. MOFs de Zr y Hf como UiO-66 y MOF-808 son activos para la reacción de reducción de compuestos carbonílicos procedentes de la biomasa por transferencia de hidrógeno con isopropanol como agente reductor. Esta metodología permite sustituir metales nobles como el Pd y el Pt por otros más baratos como el Zr y el Hf y también utiliza alcoholes como agentes reductores y a la vez como disolvente, evitando la peligrosidad de trabajar con H2. Los materiales de Hf se mostraron más activos que los de zirconio para la transformación, siendo el Hf-MOF-808 el más activo. Hf-MOF-808 y UiO-66(Hf) son activos para la reacción de condensación aldólica entre aldehídos y acetona. Sin embargo, Hf-MOF-808 se mostró más estable y activo para la transformación frente a contaminantes comunes en las disoluciones del procesado de la biomasa como son el ácido acético y el agua. Además este proceso se puede aplicar a un número elevado de sustratos de partida, incluidas moléculas plataforma procedentes de la biomasa como el furfural, el 5-hidroximetilfurfural y el 5-metilfurfural. El material se pudo extraer del crudo de reacción y reutilizar hasta en 5 ocasiones consecutivas con pequeñas pérdidas de actividad que podrían ser recuperadas a través de una extracción Soxhlet. Hf-MOF-808 se pudo utilizar en reacciones en cascada. Debido a su actividad para la reacción de reducción por transferencia de hidrógeno y para la de condensación aldólica, Hf-MOF-808 se utilizó como catalizador para la síntesis de alcoholes alílicos a partir de aldehídos y acetona. Además se pudieron soportar partículas de Pd en el MOF. El material resultante, Pd@Hf-MOF-808, se utilizó como catalizador en la reacción de condensación de compuestos carbonílicos y acetona/hidrogenación selectiva del doble enlace para dar 4-aril-2-butanonas. La mezcla física de una zeolita con acidez de Brønsted como Al-beta y Hf-MOF-808 permite usarla en la síntesis en cuatro pasos de GVL a partir de furfural en un mismo reactor. Zr-MOF-808 se muestra activo y selectivo para la formación de arilcarbamatos a partir de aminas aromáticas y DMC. El DMC es un sustituto sostenible del fosgeno. Estos materiales pierden su cristalinidad bajo las condiciones de reacción. Con el objetivo de mejorar la estabilidad se estos materiales, Zr-MOF-808 se ancló a la sílice mesoporosa MCM-41. Zr-MOF-808@MCM-41 se mostró activo y selectivo para la formación de arildicarbamatos precursores de poliuretanos a partir de diaminas y DMC. Además el material se puedo reusar hasta en 6 ocasiones sin pérdidas apreciables de actividad. El empleo de SiO2 también es viable como soporte, siendo este mucho más barato que la MCM-41. / [CA] En este treball de tesi doctoral s'ha dut a terme la síntesi de diversos materials de tipus metall-orgànic (MOFs) per a la seua aplicació en processos catalítics heterogenis en l'obtenció de productes químics d'un alt valor afegit. Al-ITQ-HB és un material híbrid en 2D que ha mostrat activitat per a la síntesi quimioselectiva de benzimidazoles, molt utilitzats en la indústria farmacèutica, i per a la reacció de cianosililació de compostos carbonílics. El material es va mostrar estable sota les condicions de reacció i inclús actiu en dissolucions aquoses la qual cosa es pot explicar a causa del seu caràcter hidrofòbic. MOFs de Zr i Hf com l'UiO-66 i el MOF-808 són actius per a la reacció de reducció per transferència d'hidrogen de compostos carbonílics procedents de la biomassa amb isopropanol com a agent reductor. Esta metodologia permet substituir metalls nobles com el Pd i el Pt per altres més barats com el Zr i el Hf i també utilitza alcohols com a agents reductors i al mateix temps com a dissolvent, evitant la perillositat de treballar amb H2. Els materials de Hf es van mostrar més actius que els de zirconi per a la transformació, sent el Hf-MOF-808 el més actiu. Hf-MOF-808 i UiO-66 (Hf) són actius per a la reacció de condensació aldòlica entre aldehids i acetona. No obstant això, Hf-MOF-808 es va mostrar més estable i actiu per a la transformació treballant amb contaminants comuns en les dissolucions del processat de la biomassa com són l'àcid acètic i l'aigua. A més este procés es va poder aplicar a un nombre elevat de substrats de partida, incloses molècules plataforma procedents de la biomassa com el furfural, el 5-hidroximetilfurfural i el 5-metilfurfural. El material es va poder extraure del cru de reacció i reutilitzar fins en 5 ocasions consecutives amb xicotetes pèrdues d'activitat que podrien ser recuperades a través d'una extracció Soxhlet. Hf-MOF-808 es va poder utilitzar en reaccions tàndem. A causa de la seua activitat per a la reacció de reducció per transferència d'hidrogen i per a la de condensació aldòlica, Hf-MOF-808 es va utilitzar com a catalitzador per a la síntesi d'alcohols alílics a partir d'aldehids i acetona. A més es van poder suportar partícules de Pd en el MOF. El material resultant, Pd@Hf-MOF-808, es va utilitzar com a catalitzador en la reacció de condensació de compostos carbonílics i acetona/hidrogenació selectiva del doble enllaç per a donar 4-aril-2-butanonas. La mescla física d'una zeolita amb acidesa de Brønsted com Al-beta i Hf-MOF-808 permet utilitzar-la en la síntesi en quatre passos de GVL a partir de furfural en un mateix reactor. Zr-MOF-808 es mostra actiu i selectiu per a la formació d'arilcarbamats a partir d'amines aromàtiques i DMC. El DMC és un substitut sostenible del fosgen. Estos materials perden la seua cristalinidat sota les condicions de reacció. Amb l'objectiu de millorar l'estabilitat d'estos materials, Zr-MOF-808 es va ancorar a la sílice mesoporosa MCM-41. Zr-MOF-808@MCM-41 es va mostrar actiu i selectiu per a la formació d'arildicarbamats, precursors de poliuretans, a partir de diamines i DMC. A més el material es pot reutilitzar fins en 6 ocasions sense pèrdues apreciables d'activitat. L'ocupació de SiO2 també és viable com a suport, sent este molt més barat que la MCM-41. / [EN] The synthesis of different metal-organic type materials (MOFs) such as Al-ITQ-HB, UiO-66, UiO-67 and MOF-808 has been carried out in this doctoral thesis. The final goal was its application in heterogeneous catalytic processes in the production of value-added chemicals. Al-ITQ-HB is a 2D hybrid material that has shown activity for the chemoselective synthesis of benzimidazoles, widely used in the pharmaceutical industry, and for the cyanosilylation reaction of carbonyl compounds. The material was stable under the reaction conditions and even active in aqueous solutions which could be explained by its hydrophobic pockets. Zr- and Hf-MOFs such as UiO-66 and MOF-808 are active for the catalytic transfer hydrogenation of biomass-based carbonyl compounds using isopropanol as a reducing agent. This methodology allows to substitute noble metals such as Pd and Pt for cheaper ones such as Zr and Hf and also uses alcohols as reducing agents and as a solvents, avoiding the danger of working with H2. Hf materials were more active than zirconium-counterparts in the transformation, with Hf-MOF-808 being the most active. Hf-MOF-808 and UiO-66(Hf) are active for the aldol condensation reaction between aldehydes and acetone. However, Hf-MOF-808 was more stable and active in the transformation with common contaminants in the biomass-derived solutions such as acetic acid and water. In addition, this process could be applied to a large number of starting materials, including platform molecules from biomass such as furfural, 5-hydroxymethylfurfural and 5-methylfurfural. The material could be extracted from the reaction mixture and reused up to 5 consecutive times with small losses of activity that could be recovered through a Soxhlet extraction. Hf-MOF-808 could be used in cascade reactions. Due to its activity for the catalytic transfer hydrogenation and for the aldol condensation reaction, Hf-MOF-808 was used as a catalyst for the synthesis of allylic alcohols from aldehydes and acetone. In addition, Pd particles could be supported in the MOF. The resulting material, Pd@Hf-MOF-808, was used as a catalyst in the condensation reaction of carbonyl compounds and acetone/selective hydrogenation of the double bond to give 4-aryl-2-butanones. On the other hand, the physical mixture of a zeolite with Brønsted acidity such as Al-beta and Hf-MOF-808 allows it to be used in the synthesis in four steps of GVL from furfural in the same reactor. Zr-MOF-808 is active and selective for the formation of arylcarbamates from aromatic amines and DMC, that is a sustainable substitute for phosgene. However, this material loses his crystallinity under the reaction conditions. Thus, in order to improve the stability of the material, Zr-MOF-808 was anchored to mesoporous silica MCM-41. The resulting Zr-MOF-808@MCM-41 was active and selective in the formation of arylcarbamates, precursors of polyurethanes, from diamines and DMC. In addition, the material can be reused up to 6 times without significant loss of activity. The use of SiO2 is also viable as a support, being much cheaper than the MCM-41. / Rojas Buzo, S. (2019). Síntesis de materiales porosos metal-orgánicos y su aplicación en catálisis heterogénea [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/130208

[ES] La presente tesis doctoral se basa en la síntesis, caracterización y uso de catalizadores basados en especies de Pd soportadas sobre matrices sólidas en reacciones de interés en química fina. En general, se ha pretendido obtener catalizadores multifuncionales, estables y reutilizables que se puedan separar fácilmente de la mezcla de reacción y que contribuyan a desarrollar protocolos más sostenibles que den lugar a compuestos orgánicos de interés. En primer lugar, el material [Pd/Al2O3], constituido por nanoagregados de Pd(0) de un tamaño medio de 2.8 nm y soportados sobre una matriz de tipo ¿-Al2O3 con elevada densidad de sitios ácidos, ha demostrado ser altamente activo y eficiente en la ciclación deshidrogenativa entre ureas y 1,2-dioles para la síntesis de imidazol-2-onas. Al utilizar ureas y 1,2-dioles desactivados, la cooperatividad Pd-Zn ha demostrado ser imprescindible para el éxito del proceso, obteniendo los mejores resultados al emplear el sistema de [Pd/Al2O3]-ZnO. Ambos materiales, [Pd/Al2O3] y [Pd/Al2O3]-ZnO, han demostrado ser reusables y estables bajo las condiciones de reacción al no presentar problemas de lixiviación. Además, este protocolo catalítico ha permitido obtener hasta 28 imidazol-2-onas con buenos resultados, demostrando su amplio potencial sintético. Por otra parte, el nanomaterial [Pd(0.75%)/Mg3Al-LDH]-300(D), constituido por nanopartículas de Pd(0) de un tamaño medio de 2.8 nm y soportado sobre una matriz básica de tipo dh-LDH, ha demostrado ser altamente activo para mediar la síntesis de propiolamidas mediante la aminocarbonilación oxidativa entre alquinos terminales y aminas secundarias, en presencia de CO/O2. Se ha determinado que un soporte con estructura dh-LDH con una relación de Mg/Al de 3 es el idóneo para estabilizar especies de [PdI2] generadas in situ en el medio de reacción así como para promover la activación de los reactivos de partida. El sistema catalítico ha demostrado ser reusable y estable bajo las condiciones de reacción, además de poseer una elevada aplicabilidad sintética al haber obtenido más de 60 propiolamidas diferentes, destacando el uso por primera vez en este tipo de procesos de aminas N-aromáticas y N-heterocíclicas. Finalmente, se ha llevado a cabo la síntesis de materiales híbridos derivados de soportar mediante interacciones no covalentes complejos de Pd con geometría plano-cuadrada sobre matrices grafénicas. Los resultados de caracterización apuntan a que estos materiales están constituidos, principalmente, por especies aisladas de Pd(II), demostrando el papel estabilizante de los ligandos utilizados al evitar la agregación del metal. Esos materiales han sido, en general, altamente activos y selectivos como catalizadores en la semi-hidrogenación de alquinos, y lo que es más relevante, se ha demostrado una sinergia complejo - grafeno en la actividad catalítica estudiada. El material de [Pd-Phen/OGr-C] ha sido reutilizado en varios ciclos y es estable bajo las condiciones de reacción. Además, este protocolo catalítico posee una elevada aplicabilidad, al haberse podido utilizar hasta con 37 alquinos diferentes obteniendo muy buenos resultados de rendimiento y quimioselectividad. / [CA] La present tesi doctoral es basa en la síntesi, caracterització i ús de catalitzadors basats en espècies de Pd suportades sobre matrius sòlides en reaccions d'interés en química fina. En general, s'ha pretès obtenir catalitzadors multifuncionals, estables i reutilitzables que es puguen separar fàcilment de la mescla de reacció i que contribuïsquen a desenvolupar protocols més sostenibles que donen lloc a compostos orgànics d'interès. En primer lloc, el material [Pd/Al2O3], constituït per nanoagregats de Pd(0) d'una grandària mitjana de 2.8 nm i suportats sobre una matriu de tipus ¿-Al2O3 amb elevada densitat de llocs àcids, ha demostrat ser altament actiu i eficient en la ciclació deshidrogenativa entre urees i 1,2-diols per a la síntesi d'imidazol-2-ones. En utilitzar urees i 1,2-diols desactivats, la cooperativitat Pd-Zn ha demostrat ser imprescindible per a l'èxit del procés, aconseguint els millors resultats emprant el sistema de [Pd/Al2O3]-ZnO. Tots dos materials, [Pd/Al2O3] i [Pd/Al2O3]-ZnO, han demostrat ser reutilitzables i estables sota les condicions de reacció ja que no presenten problemes de lixiviació. A més, aquest protocol catalític ha permès obtenir fins a 28 imidazol-2-ones amb bons resultats, demostrant el seu ampli potencial sintètic. D'altra banda, el nanomaterial [Pd(0.75%)/Mg3Al-LDH]-300(D), constituït per nanopartícules de Pd(0) d'una grandària mitjana de 2.8 nm suportades sobre una matriu bàsica de tipus dh-LDH, ha demostrat ser altament actiu per a catalitzar la síntesi de propiolamides mitjançant l'aminocarbonilació oxidativa entre alquins terminals i amines secundàries, en presència de CO/O2. S'ha determinat que un suport amb estructura dh-LDH amb una relació de Mg/Al de 3 és l'idoni per a estabilitzar les espècies de [PdI2] generades in situ en el medi de reacció així com per a promoure l'activació dels reactius de partida. El sistema catalític ha demostrat ser reutilitzable i estable sota les condicions de reacció, a més de posseir una elevada aplicabilitat sintètica en haver obtingut més de 60 propiolamides diferents, destacant l'ús per primera vegada en aquesta mena de processos d'amines N-aromàtiques i N-heterocícliques. Finalment, s'ha dut a terme la síntesi de materials híbrids derivats de suportar mitjançant interaccions no covalents complexos de Pd amb geometria pla-quadrada sobre matrius grafèniques. Els resultats de caracterització apunten a que aquests materials estan constituïts, principalment, per espècies aïllades de Pd(II), demostrant el paper estabilitzant dels lligands utilitzats per a evitar l'agregació del metall. Aquests materials han sigut, en general, altament actius i selectius com a catalitzadors en la semi-hidrogenació d'alquins, i el que és més rellevant, s'ha demostrat una sinèrgia complex - grafè en l'activitat catalítica estudiada. El material [Pd-Phen/OGr-C] ha sigut reutilitzat en diversos cicles i es estable sota les condicions de reacció. A més, aquest protocol catalític posseeix una elevada aplicabilitat i s'ha pogut aplicar a 37 alquins diferents obtenint molt bons resultats de rendiment i quimioselectivitat. / [EN] The present PhD thesis is focused on the synthesis, characterisation and use of catalysts based on Pd species supported on solid matrixes in reactions of interest in fine chemistry. In general, the aim is to obtain multifunctional, stable and reusable catalysts that can be easily separated from the reaction mixture and that contribute to the development of more sustainable protocols leading to relevant organic compounds. Firstly, the [Pd/Al2O3] material, consisting of Pd(0) nanoaggregates with an average size of 2.8 nm and supported on a ¿-Al2O3-type matrix with a high density of acid sites, has been designed as a highly active and efficient catalyst in the dehydrogenative cyclisation between ureas and 1,2-diols for the synthesis of imidazole-2-ones. When using ureas and deactivated 1,2-diols, Pd-Zn cooperativity has been shown to be essential for the success of the process, with the best results obtained using a [Pd/Al2O3]-ZnO system. Both materials, [Pd/Al2O3] and [Pd/Al2O3]-ZnO, have proved to be reusable and stable under the reaction conditions as they do not present leaching problems. Moreover, this catalytic protocol has allowed to obtain up to 28 imidazole-2-ones with good results, demonstrating it is wide synthetic potential. On the other hand, the nanomaterial [Pd(0.75%)/Mg3Al-LDH]-300(D), consisting of Pd(0) nanoparticles with an average size of 2.8 nm and supported on a basic dh-LDH-type matrix, has been shown to be highly active for catalysing the synthesis of propiolamides via oxidative aminocarbonylation between terminal alkynes and secondary amines in the presence of CO/O2. A dh-LDH-structured support with an Mg/Al ratio of 3 has been found to be suitable for stabilising [PdI2] species generated in situ in the reaction medium, as well as for promoting the activation of the starting reagents. The catalytic system has proved to be reusable and stable under the reaction conditions, besides having a high synthetic applicability as more than 60 different propiolamides have been obtained. It is especially relevant the use of N-aromatic and N-heterocyclic amines for the first time in this type of processes. Finally, the synthesis of hybrid materials derived from supporting Pd complexes with planar square geometry on graphene matrices through non-covalent interactions has been carried out. The characterisation results show that these materials are mainly constituted by isolated Pd(II) species, demonstrating the stabilising role of the ligands to avoid the aggregation of the metal. These materials have been, in general, highly active and selective as catalysts in the semi-hydrogenation of alkynes, and what is more relevant, a complex - graphene synergy has been demonstrated in the studied catalytic activity. In addition, [Pd-Phen/OGr-C] has shown to be reusable in several catalytic cycles and stable under the reaction conditions. Moreover, this catalytic protocol has demonstrated a high applicability, in fact it has been applied to 37 different alkynes with very good results, in terms of yield and chemoselectivity. / Arango Daza, JC. (2023). Materiales basados en especies de Pd soportadas sobre matrices sólidas como catalizadores eficientes para reacciones de interés en química fina [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/201576

[ES] La presente tesis doctoral se centra en la investigación y desarrollo de catalizadores avanzados con aplicaciones en la industria química. Desde la síntesis de nanopartículas de Rh2P hasta la exploración de catalizadores de cobalto dopados con heteroátomos, se ha buscado no sólo la eficiencia catalítica, sino también minimizar el impacto de estos procesos, permitiendo la producción de productos químicos esenciales con un menor consumo de recursos. Se ha investigado el proceso de síntesis de nanopartículas de Rh2P soportadas por impregnación húmeda seguida de pirólisis para su uso en reacciones de hidroformilación. Para ello, se han descrito y comparado dos métodos que se diferencian en los precursores empleados: uno a partir de un único precursor de fósforo y rodio y el otro a partir de dos precursores separados. Posteriormente, se ha realizado una caracterización de los materiales que ha permitido relacionar la forma de incorporar el fósforo con la composición de las partículas, determinando que el contenido de óxido de rodio es mayor cuando se emplean dos precursores. Para analizar la contribución del fósforo en el sistema se han preparado nanopartículas de rodio metálico soportadas para estudiar la influencia del fósforo en la composición y el tamaño de partícula. Se han analizado otros aspectos como la carga metálica, la temperatura de pirólisis y el uso de diferentes soportes empleando la microscopía electrónica; y se ha estudiado su capacidad de disociación de hidrógeno mediante ensayos de intercambio isotópico. Tras la caracterización de los materiales, éstos se han empleado como electrocatalizadores en la reacción de evolución del hidrógeno, en la que se ha estudiado su aplicabilidad a pH ácido, básico y neutro con bajas cargas de metal. Se ha demostrado que las especies de Rh2P son más activas que las de Rh metálico en la producción de hidrógeno y que el método de síntesis influye en la actividad catalítica. Para completar los ensayos experimentales, se han realizado cálculos DFT que han permitido comprobar por un lado la influencia de los defectos en la red de Rh2P y por otro, si las capas de carbono son efectivas en la protección de las nanopartículas. Se han aplicado los materiales de Rh y Rh2P en la hidroformilación de olefinas donde se ha estudiado la actividad catalítica, la influencia del fósforo y la estabilidad de los catalizadores. Se ha demostrado que el material Rh2P-1@C, obtenido a partir de un solo precursor de rodio y fósforo, es un sustituto viable del catalizador homogéneo RhCl(PPh3)3 ya que las energías de activación calculadas son muy cercanas entre sí. Se ha estudiado la influencia de algunos parámetros en la estabilidad del catalizador, como la temperatura de pirólisis a la que se sintetiza el material, demostrando que existe una relación inversa entre la temperatura de pirólisis y la cantidad de metal lixiviado durante la reacción. Otro factor estudiado es el del soporte, donde además del carbón se han empleado óxidos inorgánicos (Al2O3, CeO2, La2O3, ZnO), poniendo de manifiesto la superioridad del carbón como soporte no sólo en términos de actividad catalítica, sino de estabilidad del material. El catalizador Rh2P-1@C ha sido satisfactoriamente probado en reacciones de hidroformilación de etileno en un reactor de lecho fijo y en la reacción de hidroaminometilación. Como alternativa a los materiales de rodio, se han desarrollado catalizadores de cobalto dopados con heteroátomos (fósforo y nitrógeno). Éstos se han empleado en la hidroformilación de olefinas, donde se ha evaluado la influencia del dopaje en la actividad catalítica y en su estabilidad. Se ha comprobado la efectividad del recubrimiento del carbón dopado con nitrógeno al aumentar su estabilidad en comparación con las nanopartículas de cobalto sin recubrir y se ha demostrado que las nanopartículas de Co2P, al contrario que las Rh2P, no son más activas que las de Co metálico. / [CA] Aquesta tesis doctoral es centra en la investigació i la síntesis de nous catalitzadors amb aplicacions en reaccions químics d'interès industrial. Durant el transcurs de la síntesis de les nanopartícules fins a l'estudi de nous catalitzadors, s'ha cercat no únicament l'eficiència catalítica dels processos sinó la disminució de l'impacte dels mateixos. S'ha investigat el procés de síntesis de nanopartícules de Rh2P suportades a través del mètode d'impregnació humida seguida d'un procés de piròlisis, per al posterior ús d'aquests materials en reaccions d'hidroformil·lació. Per tal fi, s'han descrit i comparat dos mètodes de síntesis que es diferencien en els precursors utilitzats: un a partir d'un únic precursor com a font de fòsfor i rodi, i l'altre a partir dels dos precursors - de rodi i fòsfor - per separats. Posteriorment, s'ha portat a terme una caracterització completa de cadascun dels materials preparats que a permès relacionar la forma com s'incorpora el fòsfor el material en funció de la composició de les partícules. Amb l'objectiu d'analitzar la contribució de les espècies de fòsfor en el sistema s'han preparat un material basat en nanopartícules de rodi metàl·lic suportades. S'han analitzat, mitjançant la microscòpia electrònic, com influeixen en aquest paràmetre altres aspectes, com ara: la càrrega metàl·lica, la temperatura de piròlisis i l'ús de diferents suports. Tanmateix, s'ha estudiat la capacitat dissociativa de l'hidrogen per part d'aquests materials mitjançant assajos d'intercanvi isotòpic. Després de la caracterització dels materials, aquests s'han utilitzat com a electrocatalitzadors en la reacció d'evolució de l'hidrogen en la què s'ha estudiat la utilització d'aquests materials, utilitzant una baixa càrrega metàl·lica, en diferents medis (pH àcid, bàsic i neutre). Els treballs han demostrat que les espècies de Rh2P són més actives que les de Rh metàl·lic i que el mètode de síntesis també influeix en l'activitat catalítica. Per a completar la part experimental, s'han realitzat càlculs DFT que han permès comprovar tan la influència dels defectes de la xarxa de Rh2P com la influència de les capes de carboni en quant a la protecció de les pròpies nanopartícules. Tot seguit, els materials de Rh y Rh2P s'han aplicat en la reacció d'hidroformil·lació d'olefines on s'ha estudiat l'activitat catalítica, la influència de les espècies de fòsfor i l'estabilitat dels catalitzadors utilitzats. S'ha demostrat que el material de Rh2P-1@C, obtingut a partir d'un sol precursor de rodi i fòsfor, pot convertir-se en un possible candidat per a substituir el catalitzador homogeni RhCl(PPh3)3. També, s'ha estudiat la influència d'alguns paràmetres relacionats amb l'estabilitat del catalitzador, com ara la temperatura de piròlisis i la quantitat de metall lixiviat durant la reacció. Una altre factor que ha estat objecte d'estudi és el suport, on a més a més del carboni s'han utilitzat òxids inorgànics - Al2O3, CeO2, La2O3 i ZnO - posant de manifest la superioritat del carboni com a suport; no només en termes d'activitat catalítica sinó d'estabilitat del propi material. A més a més, el catalitzador Rh2P-1@C s'ha provat satisfactòriament en reaccions d'hidroformil·lació de l'etilè en un reactor de tipus llit fix, i en la reacció d'hidroaminometil·lació. Com a alternativa als materials de rodi, s'han sintetitzat catalitzadores de cobalt dopats amb heteroàtoms (fòsfor i nitrogen). Aquests materials, s'han utilitzat en la reacció d'hidroformil·lació d'olefines, on s'ha estudiat la influència del dopatge en l'activitat catalítica i en la seva estabilitat. S'ha comprovat que l'efectivitat del recobriment del carbó dopat amb nitrogen augmenta l'estabilitat del catalitzador en front de les nanopartícules de cobalt sense recobriment, i s'ha aconseguit demostrar que les nanopartícules de Co2P, a diferència de les de Rh2P, no resulten ser més actives que les de Co metàl·lic. / [EN] The present doctoral thesis focuses on the research and development of advanced catalysts with applications in the chemical industry. From the synthesis of Rh2P nanoparticles to the exploration of cobalt catalysts doped with heteroatoms, the primary goal has been to enhance not only the catalytic efficiency but also to minimize the environmental impact of these processes. In a time where the transition to clean energy sources and environmentally friendly processes is of utmost importance, advances in catalysis and material synthesis play a crucial role in the quest for more sustainable solutions in the chemical industry. The synthesis of supported Rh2P nanoparticles by wet impregnation followed by pyrolysis has been investigated. Two methods, differing only in the precursors employed, have been described and compared: one using a single precursor of phosphorus and rhodium, and the other using two separate precursors. Material characterization has revealed the relationship between the method of phosphorus incorporation and particle composition, demonstrating that the rhodium oxide content is higher when two separate precursors are used. Additionally, supported metallic rhodium nanoparticles were prepared to study the influence of phosphorus on particle size and composition. In this chapter, other factors have also been analyzed such as metal loading, pyrolysis temperature, and the use of different supports, employing electron microscopy. Finally, the hydrogen dissociation capacity of the catalysts has been compared through isotopic exchange assays, and the presence of carbon patches around the nanoparticles has been studied using Raman spectroscopy. Following material characterization, these materials have been employed as electrocatalysts in the hydrogen evolution reaction, where their applicability at acidic, basic and neutral pH at one of the lowest metal loadings described has been studied. It has been demonstrated that Rh2P species are more active than metallic Rh species in hydrogen production, and the synthesis method influences catalytic activity. To complement experimental assays, DFT calculations have been performed, allowing for an examination of the influence of defects in the Rh2P lattice and an assessment of the effectiveness of carbon layers in protecting the nanoparticles. Rh and Rh2P materials have been applied in the hydroformylation of olefins, where catalytic activity, the influence of phosphorus, and catalyst stability have been investigated. It has been shown that the material Rh2P-1@C, obtained from a single precursor of rhodium and phosphorus, is a viable substitute for the homogeneous catalyst RhCl(PPh3)3, as their apparent activation energies are very close. The influence of parameters affecting catalyst stability, such as the pyrolysis temperature at which the material is synthesized, has been studied, demonstrating an inverse relationship between pyrolysis temperature and the amount of leached metal during the reaction. Another factor studied is that of the support, where, in addition to carbon, inorganic oxides (Al2O3, CeO2, La2O3, ZnO) have been employed, highlighting the superiority of carbon as support not only in terms of catalytic activity but also material stability. At the end of this chapter, the Rh2P-1@C catalyst has been applied in the hydroformylation of ethylene in a fixed-bed reactor and in the hydroaminomethylation reaction. As an alternative to rhodium materials, cobalt catalysts doped with heteroatoms (phosphorus and nitrogen) have been developed. These catalysts have been employed in the hydroformylation of olefins, where the influence of doping on the catalytic activity and leaching has been evaluated. The effectiveness of nitrogen-doped carbon coating in suppressing leaching has been demonstrated compared to undoped cobalt nanoparticles, and it has been shown that Co2P nanoparticles, unlike Rh2P, are not more active than metallic Co nanoparticles. / Galdeano Ruano, CP. (2024). Catalizadores heterogéneos de rodio y cobalto para la hidroformilación de olefinas y la reacción de evolución del hidrógeno [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/203121

La presente tesis doctoral muestra un estudio sobre la síntesis y caracterización de bronces basados en óxidos metálicos de Mo y V, para ser empelados como catalizadores en reacciones de oxidación parcial de hidrocarburos de cadena corta (C2-C4), en especial para la oxidación de propano a ácido acrílico. Mediante síntesis hidrotermal se han preparado óxidos ternarios Mo-V-X (X= diferentes metales), obteniendo catalizadores activos y selectivos en la oxidación de propano a ácido acrílico únicamente en el caso de los materiales con Sb ó Te. Posteriormente, se ha estudiado la influencia de parámetros de síntesis y la incorporación de promotores en las propiedades catalíticas de estos materiales. Cabe destacar que tanto presencia de agentes reductores y/o la incorporación de promotores en el gel de síntesis (niobio o metales alcalinos), como las características de los procedimientos de activación o la modificación de los catalizadores mediante tratamientos post-síntesis (incorporación selectiva de promotores o tratamiento con disoluciones acuosas de agua oxigenada), pueden mejorar sustancialmente las propiedades catalíticas de estos materiales. Las propiedades químico-físicas de los materiales obtenidos se han determinado mediante el empleo combinado de diversas técnicas espectroscópicas (XPS, EPR y XAS), DRX, microscopía electrónica (SEM/TEM), análisis de las características ácidas (TPD-NH3), etc. Comparando los resultados catalíticos y de caracterización se ha conseguido establecer aspectos clave de la síntesis y modificación de estos materiales, lo cual nos ha permitido desarrollar nuevos materiales que, aún manteniendo la misma estructura cristalina básica, presentan mejoras sustanciales en las propiedades catalíticas. Así, se han conseguido obtener catalizadores con rendimientos catalíticos muy superiores a los obtenidos con los catalizadores ternarios de partida, tanto para la oxidación de propano a ácido acrílico como para la deshidrogenación oxidativa de etano. / Ivars Barceló, F. (2010). Oxidación selectiva de hidrocarburos ligeros sobre catalizadores basados en óxidos metálicos mixtos [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/11074