Rol de las Interacciones Dominantes Adsorbato-Catalizador en la Reacción de Metilación de Alquenos por Metanol sobre HZSM-5

ZALAZAR, M. F.; PERUCHENA, N. M.

Santa Fe

Congreso; XXIII Congreso Iberoamericano de Catálisis.; 2012

UNiversidad Nacional del Litoral

Por su posición única en la industria química, la actividad referida a la obtención de hidrocarburos a partir de metanol catalizado por zeolitas ha sido intensa, tanto desde el campo experimental como teórico, y desde la investigación académica como desde las compañías petroquímicas. Fue justamente Mobil Oil en 1975 quien patentó el proceso de transformación de metanol a gasolina utilizando HZSM-5. En estos últimos años de intensa actividad, no solo se han examinado teóricamente los mecanismos sugeridos experimentalmente, sino que también se han propuesto nuevos mecanismos a partir de los cálculos teóricos. Sin embargo, debido a la complejidad de la estructura del catalizador y las redes de reacciones, los resultados obtenidos continúan despertando controversias sobre el mecanismo de reacción más probable [1]. Una etapa clave en la reacción de conversión de metanol a hidrocarburos, es la reacción de metilación de alquenos por metanol [2] la cual ha sido seleccionada para este estudio. Teniendo en cuenta que la descripción de los procesos catalíticos dentro de zeolitas está altamente influenciada por interacciones no enlazantes adsorbato-catalizador [3], resulta interesante un estudio de la reactividad química de las zeolitas que sea capaz de predecir correctamente los efectos que producen estas interacciones en la matriz microporosa. Estudios previos utilizando el análisis topológico de la densidad electrónica [4] en reacciones de olefinas sobre un cluster T5-OH han demostrado proveer información adicional para el estudio de interacciones adsorbato-catalizador [5]. En este trabajo se presenta un estudio basado en el análisis topológico de la densidad electrónica de las diferentes especies que intervienen en la reacción de metilación de alquenos por metanol sobre HZSM-5. El objetivo de este trabajo es investigar cuáles son las interacciones intermoleculares que se establecen entre las especies reactivas y el catalizador, así como caracterizar su naturaleza y analizar la influencia de los átomos de la red de zeolita sobre la estabilización de las especies confinadas. Para simular el catalizador sólido HZSM-5 de celda unidad con más de 288 átomos, se utilizó un modelo de agregado T38 con una composición total H48O58Si37Al. El estudio de las interacciones moleculares se realizó mediante el análisis topológico de la distribución de densidad de carga electrónica, r(r), en el contexto de la Teoría Cuántica de Átomos en Moléculas, QTAIM [4]. Las densidades electrónicas se obtuvieron con el programa Gaussian09, utilizando los funcionales B3LYP y M06-2X, y el conjunto de funciones base 6-31++G(d,p). Las propiedades topológicas locales de r(r) en los puntos críticos de enlace (PCE), y las propiedades atómicas obtenidas por integración sobre la cuenca atómica se obtuvieron con el programa AIMAll. Para simular el catalizador sólido HZSM-5 de celda unidad con más de 288 átomos, se utilizó un modelo de agregado T38 con una composición total H48O58Si37Al. El estudio de las interacciones moleculares se realizó mediante el análisis topológico de la distribución de densidad de carga electrónica, r(r), en el contexto de la Teoría Cuántica de Átomos en Moléculas, QTAIM [4]. Las densidades electrónicas se obtuvieron con el programa Gaussian09, utilizando los funcionales B3LYP y M06-2X, y el conjunto de funciones base 6-31++G(d,p). Las propiedades topológicas locales de r(r) en los puntos críticos de enlace (PCE), y las propiedades atómicas obtenidas por integración sobre la cuenca atómica se obtuvieron con el programa AIMAll.