• Total de projetos de pesquisa (6)
  
  1. 2022-2024. Novos catalisadores multifuncionais de estruturas metal-orgânicas para oxidação leve de metano a metanol
     Descrição: A oxidação de metano para metanol catalisada por redes metalorgânicas (MOFs) e materiais derivados ainda permanece inexplorada, mas representa uma área de pesquisa altamente promissora. MOFs são compostos de coordenação cristalinos e porosos formados por redes infinitas, à base de unidades de construção secundárias inorgânicas (SBUs, íons de metal ou clusters) e ligantes orgânicos (por exemplo, policarboxilatos, polipiridinas). A flexibilidade com a qual a geometria, tamanho e funcionalidade dos constituintes podem ser variados já resultou em mais de 20.000 MOFs diferentes. Suas áreas superficiais podem chegar a 10.000 m2 g-1, o que excede significativamente as de outros materiais porosos e catalisadores, como zeólitas e carvões ativados. Além disso, a porosidade permanente, estabilidade química e térmica e capacidade de ajuste sintético exibida pelas MOFs as tornam atraentes para aplicações catalíticas. Em particular, algumas MOFs mostram alta estabilidade térmica variando de 250 a 500 C. Dados da literatura mostraram que o etano é seletivamente oxidado a etanol, em fase gasosa, em MOFs contendo Fe, indicando que esses materiais podem ser potencialmente seletivos para a produção de metanol por oxidação de metano, embora MOFs capazes de ativar o metano ainda sejam pouco descritos na literatura. Assim, neste projeto de pós-doutorado, propomos a síntese e investigação catalítica de novos MOFs multifuncionais à base de Cu e Fe para a oxidação seletiva de metano a metanol. O objetivo principal é obter um grupo de materiais com características físicas e químicas devidamente caracterizadas e ativos nas reações de oxidação. Aspectos como atividade específica, seletividade e mecanismos de reação serão objeto de estudo para cada material, a fim de se otimizar melhorar a atividade catalítica e definir as condições ideais. Um conjunto de novas MOFs baseados em Cu, Zr, Ce e Fe (explorando a natureza do centro metálico e diferentes tipos de ligantes orgânicos) será preparado por métodos hidrotérmicos e de automontagem, sendo caracterizados difração de raios X e análises topológicas além de estudos de estabilidade térmica, porosidade e sorção de gases. Os MOFs mais promissores serão selecionados como catalisadores heterogêneos para a oxidação do metano em condições brandas, com o objetivo de se efetuar um estudo sistemático sobre os efeitos das propriedades físicas e químicas, levando-se em consideração aspectos cinéticos e mecanísticos. Os catalisadores à base de MOF obtidos serão testados em reatores de fluxo e batelada. Estudos computacionais também serão realizados. Ar, O2 e /ou H2O2 serão estudados como oxidantes. Uma oxidação competitiva do metano na presença de etano, propano e/ou butano também será tentada, visando uma conversão das frações do gás natural bruto e estabelecendo uma influência da presença de outros alcanos leves na oxidação do metano. As características de porosidade e sorção seletiva potencial das MOFs selecionadas também serão exploradas para encontrar outras aplicações possíveis, como adsorventes seletivos para purificação de gás natural (por exemplo, de alcanos C2-C4 e CO2) ou captura seletiva de seus componentes. Uma ênfase especial será dada ao desenvolvimento de catalisadores MOF inteligentes ou multifuncionais, em que nós de metal com uma atividade reconhecida na catálise de oxidação (por exemplo, Cu, Fe - presente nos sítios ativos de metano-monooxigenases) serão acoplados a ligantes orgânicos (por exemplo, carboxilatos N-heteroaromáticos) que podem atuar como co-catalisadores em tais reações de oxidação, levando assim a um potencial efeito sinérgico.. Situação: Desativado; Natureza: Pesquisa. Integrantes: Dalmo Mandelli - Coordenador / ANDRADE, LUANA S. - Integrante. Financiador(es): Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de SP - Bolsa.
     Membro: Dalmo Mandelli.
  2. 2022-Atual. Metátese de Produtos Naturais e Derivados: uma Abordagem de Otimização na Busca de Compostos com Ação Antiparasitária
     Descrição: Frente ao número reduzido de fármacos para a quimioterapia, o desenvolvimento de medicamentos contra doenças tropicais negligenciadas, especialmente a Doença de Chagas e a Leishmaniose, é de grande relevância, e o uso de produtos naturais e/ou derivados quimicamente modificados é uma alternativa interessante para o desenvolvimento protótipos bioativos. A doença de Chagas atinge principalmente países da América Latina e está ligada ao baixo desenvolvimento socioeconômico. Já a leishmaniose está distribuída nas regiões tropicais do planeta, estendendo-se desde o sul dos Estados Unidos até o norte da Argentina, além de países da África, Europa e Ásia. Recentemente, desenvolvemos novas metodologias baseadas na metátese cruzada entre produtos naturais (terpenóides e lignoides) com olefinas funcionalizadas, promovendo mudança estruturais nas moléculas que elevaram suas atividades antiparasitárias. Terpenoides, como por exemplo, ácidos masticadienóico e cóstico, bem como fenilpropanóides (eugenol) e neolignanas (licarina A) são compostos isolados de plantas oriundas da flora brasileira, que também apresentam atividade biológica frente a essas doenças tropicais. Considerando-se tal potencial, pretende-se nesse projeto realizar a metátese cruzada dessas moléculas com alquenos terminais de cadeia carbônica de tamanhos diferentes, e outros contendo grupos funcionais, como ácido acrílico, nitrilas, acrilatos. As reações serão conduzidas com complexos de rutênio como catalisadores, solventes verdes, com elevada economia atômica, minimizando-se a geração de resíduos. Por meio de planejamento de experimentos, pretende-se a avaliar o efeito da concentração de catalisador, substrato, solvente e da temperatura na conversão e seletividade. A proposta visa a otimização da atividade antiparasitária e/ou redução da toxicidade, comparando-se com os materiais de partida e com as drogas comerciais, levando a obtenção de protótipos moleculares com ação antiparasitária (lead compounds).. Situação: Em andamento; Natureza: Pesquisa. Integrantes: Dalmo Mandelli - Coordenador / Christian Bruneau - Integrante / Cédric Fischmeister - Integrante / João Henrique Ghilardi Lago - Integrante / Alexandre Damiani - Integrante. Financiador(es): Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - Auxílio financeiro.
     Membro: Dalmo Mandelli.
  3. 2022-Atual. Síntese Mediada por Estrutura Metalorgânica (MOFMS): Catalisadores para oxidação de metano em produtos oxigenados
     Descrição: O metano é o principal componente do gás natural. No entanto, é extremamente inerte, o que limita sua aplicação em sínteses. Hoje, esse composto é empregado principalmente como combustível fóssil ou convertido em olefinas, hidrocarbonetos aromáticos ou compostos oxigenados através de processos que exigem energia. Portanto, a implementação de tecnologias mais verdes para garantir que o metanol seja usado com eficiência será essencial no futuro. Nesse cenário, desenvolver novos catalisadores que possam converter metano em produtos como álcool, aldeídos, cetonas e ácidos carboxílicos é um desafio para a química moderna. Vários materiais têm sido desenvolvidos para este fim, mas ainda apresentam limitações e são caro. Apesar do pequeno número de estudos envolvendo Estruturas Metal-Orgânicas (MOFs) como catalisadores para a oxidação de alcanos leves, espera-se que os MOFs baseados em metais de transição sejam os futuro para essas reações. No entanto, sua baixa estabilidade térmica é um problema. Em vez de MOFs, aqui propomos o uso de carbonetos metálicos, que apresentam a versatilidade estrutural dos MOFs, mas são mais termicamente estável. Vamos realizar síntese mediada por estrutura metal-orgânica (MOFMS) para obter carbonetos metálicos e carbonetos metálicos mistos com resistência química e térmica bem dispersos metais, o que é desejável para um catalisador que será submetido a diferentes condições de temperatura e pressão. Mais especificamente, Cu, Fe e carbonetos de metais mistos serão sintetizados e empregados para catalisar a conversão de metano em produtos oxigenados. Para isso, os MOFs serão sintetizados por métodos solvotérmicos e submetidos a pirólise ou calcinação, para obtenção de nanopartículas em uma matriz de carbono porosa. Os materiais resultantes serão caracterizados e posteriormente testados em um reator de batelada e fluxo para estabelecer o catalisador mais eficiente.Projeto FAPESP-BEPE. Situação: Em andamento; Natureza: Pesquisa. Integrantes: Dalmo Mandelli - Coordenador / ANDRADE, LUANA S. - Integrante / Omar K. Farha - Integrante. Financiador(es): Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo - Bolsa.
     Membro: Dalmo Mandelli.
  4. 2021-Atual. Redes metalorgânicas (MOFs) como catalisadores heterogêneos para obtenção de produtos oxigenados a partir da oxidação direta do metano
     Descrição: Sob a perspectiva climática atual, tem-se que o incentivo a políticas voltadas para o desenvolvimento sustentável e o cumprimento de acordos visando reduzir as emissões de gases do efeito estufa a determinados níveis, adquiriram um patamar muito importante no âmbito industrial. Nesse sentido, o gás natural, que é um combustível ambientalmente mais amigável que os combustíveis fósseis comumente utilizados, tem ganhado cada vez mais atenção e, com isso, o desenvolvimento de tecnologias para uma melhor exploração e beneficiamento desse recurso também. A extração, o processamento e a conversão do metano (CH4), constituinte principal do gás natural, recebe um destaque especial na área de catálise, visto que ainda existem muitos desafios relativos a catálise oxidativa direta do CH4 a metanol, que é uma matéria-prima essencial para diversas cadeias produtivas. A química moderna tem tentado diferentes meios para encontrar um processo efetivo, econômico e com menor impacto ambiental para a conversão direta do metano a metanol, associando diversos tipos de materiais como catalisadores. Dessa forma, relaciona-se a versatilidade de aplicação e características físico-químicas de materiais cristalinos conhecidos como redes metalorgânicas (MOFs), como potenciais compostos capazes de solucionar e gerar resultados positivos para a área de oxidação direta do metano. Portanto, esse projeto visa a síntese de novas MOFs, alterando seus centros metálicos (ferro, cobre, gálio e entre outros) e ligantes (aminoácidos, ácidos orgânicos, iminas e entre outros), a fim de favorecer propriedades que beneficiem a conversão do metano a produtos oxigenados de maior valor agregado. As técnicas de caracterização dos materiais envolvem a microscopia eletrônica de varredura acoplada ao detector de energia dispersiva de raios-X (MEV-EDS), difração de raios-X (XRD), espectroscopia na região do infravermelho (FT-IR), análise termogravimétrica (TGA), análise textural (isotermas de adsorção de N2) e entre diversas outras. Situação: Em andamento; Natureza: Pesquisa. Alunos envolvidos: Doutorado: (1) . Integrantes: Dalmo Mandelli - Coordenador / GUSTAVO FELIX BITENCOURT - Integrante. Financiador(es): Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo - Bolsa.
     Membro: Dalmo Mandelli.
  5. 2021-Atual. Catalisadores heterogêneos à base de MOF para obtenção de produtos oxigenados a partir de CO2
     Descrição: A atividade humana, crescimento industrial e desmatamento são alguns dos principais fatores que influenciam no aumento das emissões de CO2. Por isso, se faz necessário pensar em alternativas viáveis para diminuição destas emissões como, por exemplo, a conversão de CO2 em produtos e intermediários químicos. Neste sentido, este projeto visa propor uma rota de conversão de CO2 em produtos oxigenados como álcoois e aldeídos, rota esta já explorada sob o uso de catalisadores de óxidos metálicos. No entanto, apesar de promissora, esta rota ainda possui alguns desafios como, a baixa conversão de CO2 e a formação de alcanos, o que diminui a seletividade para os oxigenados de interesse. Neste sentido, Metal Organic Frameworks (MOF) se apresentam como uma alternativa viável como catalisadores uma vez que apresentam, dentre outras vantagens, alta porosidade e área superficial. Inicialmente a MOF selecionada será a UiO-66, uma MOF baseada em Zr que, frente a outras oferece melhor maior atividade na conversão de CO2, além de resistência a água, ação de ácidos e bases e resistência térmica acima de 500 C. Como estratégia de resolução dos problemas supracitados em relação a conversão e seletividade, a MOF será modificada em pós-síntese com nanopartículas de Au e Rh, como catalisadores metálicos de redução e hidroformilação. Além disso, serão exploradas inicialmente, duas arquiteturas de catalisadores à saber, convencionais (suportados) e core-shell a fim de estudar sua influência sobre a estabilidade e atividade dos catalisadores durante a conversão de CO2 em oxigenados como propanol e propanal.. Situação: Em andamento; Natureza: Pesquisa. Integrantes: Dalmo Mandelli - Coordenador / Paola Caroline de Oliveira - Integrante / Marco André Fraga - Integrante. Financiador(es): Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - Bolsa.
     Membro: Dalmo Mandelli.
  6. 2020-2023. Transformações catalíticas de compostos orgânicos (incluindo metano) e produtos naturais
     Descrição: A transformação química de compostos orgânicos, seja de origem fóssil ou vegetal, é de grande importância econômica e acadêmica, principalmente quando se faz uso de processos ambientalmente amigáveis. O Brasil pode ser considerado como privilegiado, já que possui grandes reservas de vegetais e de derivados fósseis. Desta forma pretende-se neste projeto enfatizar transformações químicas nos dois tipos de matéria-prima. Pretende-se aqui agregar valor aos derivados da laranja (terpenos e terpenóides), por meio da epoxidação catalítica na presença de sais e óxidos de Al e Ga. Também será estudada a metátese cruzada entre estas moléculas e olefinas funcionalizadas, utilizando complexos de rutênio como catalisadores. Metátese de derivados de eugenol e pseudoionona também serão avaliadas. Os produtos obtidos tem aplicação em síntese orgânica, além de possuírem potencial atividade biológica contra melanoma e doenças negligenciadas. Objetiva-se ainda estudar a oxidação do acetol, derivado do glicerol (um subproduto da indústria do biodiesel) em um sistema verde, usando água como solvente, H2O2 como oxidante e sais (ou complexos) de Mn, Fe, Cu e outros metais, testando-se o efeito de ligantes cooperadores ácidos ou básicos. A oxidação de bioetanol, oriundo da cana-de-açúcar, será igualmente estudada, usando sistemas catalíticos similares. Na área de petróleo, dados divulgados recentemente projetam reservas imensas de óleo e gás no Brasil. Adicionalmente, biometano está sendo produzido de forma cada vez mais intensa como subproduto da degradação anaeróbica de matéria orgânica, como resíduo da indústria animal e vegetal, além dos esgotos. Neste projeto pretende-se estudar reações de oxidação de alcanos (incluindo metano), utilizando H2O2 como oxidante verde e diferentes sistemas catalíticos à base de metais de transição (Fe, Cu, Mn, Os) avaliando-se o efeito da adição de ligantes cooperadores (ácidos ou básicos). Um caráter inovador será dado ao projeto, por meio da síntese, caracterização e aplicação de redes metalorgânicas inteligentes (MOFs) na oxidação de alcanos. Assim, uma série de MOFs à base de Cobre, Ferro, Níquel, Zircônio (e outros metais), recém-planejados, com ligantes cooperadores à base de nitrogênio e ácidos carboxílicos como blocos estruturais, serão usados como catalisadores inteligentes para a oxidação seletiva (com H2O2, e/ou O2) de alcanos (incluindo metano e alcanos leves) em produtos de oxidação industrialmente importantes. As MOFs também serão testadas na separação de misturas de gás natural contendo CO2 e água.. Situação: Concluído; Natureza: Pesquisa. Integrantes: Dalmo Mandelli - Coordenador. Financiador(es): Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - Bolsa.
     Membro: Dalmo Mandelli.
  
  

Prêmios e títulos