Catalizadores heterogéneos para la síntesis de piperazinas a partir de glicerol

Abstract

[ES] El objetivo principal del trabajo es el estudio de un proceso para la síntesis de productos nitrogenados de alto valor añadido a partir de glicerol empleando catalizadores heterogéneos sostenibles. En concreto, el trabajo se centra en la transformación del glicerol en compuestos nitrogenados del tipo piperazinas, importantes intermedios en síntesis orgánica. Para ello, se plantea un proceso en dos etapas que comprendería una deshidratación selectiva del glicerol para dar hidroxiacetona (o acetol) y una posterior aminación reductiva del acetol con etilendiamina. El estudio trata de optimizar cada etapa reactiva por separado, teniendo en cuenta la posibilidad de poder diseñar un proceso en una sola etapa. Para la deshidratación selectiva del glicerol, catalizadores basados en óxidos mixtos derivados de hidrotalcitas fueron preparados, caracterizados por DRX, análisis ICP y adsorción de N2 y probados en la reacción de interés, utilizando diversos sistemas de reacción. Por otro lado, Pd y Pt soportados sobre alúmina fueron los catalizadores escogidos en la reacción de aminación reductiva para producir la piperazina deseada, caracterizándose los mismos por análisis ICP y TEM. El trabajo proporciona una nueva ruta catalítica para el aprovechamiento del glicerol, ofreciendo nuevas posibilidades para la obtención de compuestos nitrogenados a partir de esta materia prima.

[EN] The main purpose of this work is the study of a process for the synthesis of high-valued nitrogenated chemicals from glycerol by means of sustainable heterogeneous catalysts. Specifically, the work is focused on the transformation of glycerol into piperazines, which are basic chemical intermediates for organic synthesis. For the production of piperazines a two-step process is considered, involving selective dehydration of glycerol into hydroxyacetone (or acetol) and posterior reductive amination of acetol with ethylendiamine. The study intends to develop and optimize each single reaction step separately, taking into account the possibility of reaching a "one-pot" process, which is considered to be the most promising alternative. Mixed oxides derived from hydrotalcites were prepared, characterized by XRD, ICP analysis and N2 adsorption and tested for the selective dehydration of glycerol using different reaction systems. On the other hand, Pd and Pt supported on alumina were chosen as the catalysts to perform the reductive amination in order to yield the desired piperazine, being characterized by ICP analysis and TEM. This work opens up a new catalytic route for taking advantage of glycerol, thus offering new insights and possibilities to obtain nitrogenated compounds from this raw material.