Nanotubos de carbono funcionalizados. Aplicación como catalizadores en síntesis orgánica y en procesos Fenton heterogéneos

Resumen

Los nanotubos de carbono son una forma alotrópica del carbono, que han despertado un interés exponencial en los últimos años debido a sus excelentes propiedades, que les permiten ser aplicados en diferentes campos de la ciencia. Uno de estos es el campo de la catálisis, en el cual sus propiedades texturales y estructurales les confieren numerosas ventajas como soportes catalíticos frente a otros tradicionalmente utilizados. Para que los nanotubos de carbono puedan ser utilizados como catalizadores o soportes catalíticos es necesario llevar a cabo previamente su funcionalización. En la presente tesis doctoral se han funcionalizado con grupos carboxílico nanotubos de carbono de pared múltiple comerciales, mediante oxidación con ácido nítrico. Posteriormente, los nanotubos oxidados han sido dopados o impregnados con diferentes óxidos metálicos y aplicados como catalizadores en distintas reacciones. En primer lugar, los nanotubos oxidados se han dopado con óxidos de metales alcalinotérreos, conduciendo a la formación de catalizadores básicos activos en la reacción de condensación de Knoevenagel entre dos aldehídos diferentes (benzaldehído, 4 metoxibenzaldehído) y cianoacetato de etilo, reacción muy útil para la formación de nuevos enlaces C-C y la obtención de productos clave intermedios o finales en la síntesis de productos orgánicos. En segundo lugar, en otro estudio diferente, los nanotubos oxidados se han impregnado con mezclas de acetatos de hierro y de cobre, que posteriormente se transforman en óxidos durante la pirólisis y cuyos cationes presentan pares redox activos en la reacción Fenton heterogénea, proceso de oxidación avanzada que utiliza H2O2 como agente productor de los radicales hidroxilo. De este modo, los catalizadores así preparados se han aplicado en la descomposición de paracetamol en disolución acuosa, mediante un proceso combinado de adsorción-reacción Fenton heterogéneo, logrando descomposiciones del paracetamol del orden de 90-98% en 5 h, en condiciones suaves de reacción. En tercer lugar, los nanotubos de carbono funcionalizados con ácidos carboxílicos han sido derivatizados por amidación, para conducir a la obtención de nanotubos de carbono funcionalizados con grupos amino. Estos nanotubos se han empleado como catalizadores básicos tanto en la condensación de Knoevenagel como en la síntesis de gamma-lactamas N-sustituidas, compuestos de gran interés por sus propiedades biológicas y farmacológicas. Por último, con el objetivo de dar explicación a resultados experimentales obtenidos anteriormente con nanotubos de carbono impregnados con cationes alcalinos, se ha llevado a cabo un estudio de modelización por dinámica molecular, que ha arrojado luz sobre las razones de la menor adsorción del cesio en las paredes de los nanotubos de carbono con respecto a los otros cationes alcalinos estudiados.