Valorización de dióxido de carbono mediante fotocatálisis Dicromática empleando luz visible.

Abstract

[ES] Actualmente, la fotocatálisis empleando luz visible como fuente de energía está considerada como una de las herramientas más punteras dentro de la síntesis orgánica ya que es muy atractiva desde el punto de vista del coste, la seguridad, la disponibilidad y el respeto al medio ambiente. Por tanto, el desarrollo de nuevos protocolos junto con el diseño y la síntesis de nuevos sistemas fotocatalíticos parece ser de gran interés para seguir con el crecimiento exponencial que ha experimentado la fotocatálisis en el área de la Química Orgánica. Asimismo, la valorización de dióxido de carbono (CO2) es uno de los principales temas de investigación en la actualidad debido a que está relacionado con el cambio climático. El CO2 se produce por la combustión de combustibles fósiles, la fermentación de azúcares y la respiración de todos los organismos vivos, liberándose a la atmósfera gran cantidad siendo una de las causas del aumento de la temperatura en el planeta. Por tanto, un objetivo prioritario que surge en la actualidad es el utilizar este exceso de CO2 que hay en la atmósfera y el transformarlo en sustancias químicas útiles. A pesar de su abundancia, su baja reactividad ha limitado su uso en la síntesis química, utilizándose procedimientos bajo condiciones drásticas. Los avances recientes en catálisis proporcionan medios para la transformación química del CO2 y su incorporación en moléculas orgánicas sintéticas en condiciones suaves. Este uso del CO2 como componente básico renovable de un carbono (C1) en la síntesis orgánica podría contribuir a un uso más sostenible de los recursos. Por ello, el desarrollo de nuevos métodos para transformar el CO2 en compuestos químicos de valor añadido resulta de gran interés. Estudios preliminares respaldan la activación del CO2 y la formación de nuevos enlaces carbonocarbono a través de procesos fotónicos utilizando luz UV, y se espera que esta estrategia inspire nuevas perspectivas sobre el uso de esta materia prima química en la síntesis orgánica. Una posible alternativa podría ser la utilización de la fotocatálisis empleando luz visible lo que proporcionaría una nueva reactividad en condiciones más suaves. Por tanto, el objetivo principal de este trabajo de final de grado ha consistido en la valorización de CO2 utilizando luz visible como fuente de energía en presencia de fotocatalizadores apropiados que absorben selectivamente la luz visible. De esta manera, se ha intentado el acoplamiento directo de CO2 con aminas a través de la reducción de CO2 para la formación de α-aminoácidos.

[CAT] Actualment, la fotocatàlisi emprant llum visible com a font d'energia és considerada com una de les ferramentes més capdavanteres dins de la síntesi orgànica ja que és molt atractiva des del punt de vista del cost, la seguretat, la disponibilitat i el respecte al medi ambient. Per tant, el desenvolupament de nous protocols juntament amb el disseny i la síntesi de nous sistemes fotocatalítics sembla ser de gran interés per a continuar amb el creixement exponencial que ha experimentat la fotocatàlisi en l'àrea de la Química Orgànica. Així mateix, la valorització de diòxid de carboni (CO₂) és un dels principals temes d'investigació en l'actualitat pel fet que està relacionat amb el canvi climàtic. El CO₂ es produïx per la combustió de combustibles fòssils, la fermentació de sucres i la respiració de tots els organismes vius, alliberantse a l'atmosfera gran quantitat sent una de les causes de l'augment de la temperatura en el planeta. Per tant, un objectiu prioritari que sorgix en l'actualitat és l'utilitzar aquest excés de CO₂ que hi ha en l'atmosfera i el transformar-lo en substàncies químiques útils. Malgrat la seua abundància, la seua baixa reactivitat ha limitat el seu ús en la síntesi química, utilitzant-se procediments sota condicions dràstiques. Els avanços recents en catàlisis proporcionen mitjans per a la transformació química del CO₂ i la seua incorporació en molècules orgàniques sintètiques en condicions suaus. Aquest ús del CO₂ com a component bàsic renovable d'un carboni (C1) en la síntesi orgànica podria contribuir a un ús més sostenible dels recursos. Per això, el desenvolupament de nous mètodes per a transformar el CO₂ en compostos químics de valor afegit resulta de gran interés. Estudis preliminars recolzen l'activació del CO₂ i la formació de nous enllaços carboni-carboni a través de processos fotònics utilitzant llum UV, i s'espera que aquesta estratègia inspire noves perspectives sobre l'ús d'esta matèria prima química en la síntesi orgànica. Una possible alternativa podria ser la utilització de la fotocatálisi emprant llum visible el que proporcionaria una nova reactivitat en condicions més suaus. Per tant, l'objectiu principal d'aquest treball de final de grau ha consistit en la valorització de CO2 utilitzant llum visible com a font d'energia en presència de fotocatalitzadors apropiats que absorbixen selectivament la llum visible. D'aquesta manera, s'ha intentat l'acoplament directe de CO₂ amb amines a través de la reducció de CO₂ per a la formació de α-aminoàcids.

[EN] Photocatalysis using visible light as an energy source is nowadays considered one of the most poweful tools in organic synthesis since it is very attractive from the point of view of cost, safety, availability and environmental friendliness. Therefore, the development of new protocols as well as the design and synthesis of new photocatalytic systems seem to be highly interesting to continue with the exponential growth that photocatalysis has experienced in the area of organic chemistry. Likewise, the valorization of carbon dioxide (CO2) is currently one of the main research topics because it is related to climate change. The CO2 is produced by the combustion of fossil fuels, the fermentation of sugars and the breathing of every alive organism, being released to the atmosphere in large quantities and becoming one of the causes of the temperature increase in the planet. Therefore, a current priority objective is to use this CO2 which is in excess in the atmosphere and transform it into useful chemical substances. Despite its abundance, its low reactivity has limited its use in chemical synthesis, using procedures under drastic conditions. Recent advances in catalysis provide resources for the chemical transformation of CO2 and its incorporation into synthetic organic molecules under mild conditions. This use of CO2 as a renewable building block of a carbon (C1) in organic synthesis could contribute to a more sustainable use of resources. For this reason, the development of new methods to transform CO2 into value-added chemical compounds results highly interesting. Preliminary studies support the activation of CO2 and the generation of new carbon-carbon bonds through photonic processes using UV light, and it is expected that this strategy will inspire new perspectives on the use of this chemical raw material in organic synthesis. A possible alternative could be the application of photocatalysis using visible light, which would provide new reactivity under milder conditions. Therefore, the main objective of this final degree work is focused on the valorization of CO2 using visible light as an energy source in the presence of appropriate photocatalysts that selectively absorb visible light. In this way, the direct coupling of CO2 with amines through the reduction of CO2 in order to form α-amino acids has been attempted.