Estudio de la adsorción de metanol en zeolitas HBETA y HZSM-5 mediante el análisis de la densidad electrónica

PAREDES, ESTEBAN NADAL; ZALAZAR, MARIA FERNANDA; PERUCHENA, NÉLIDA MARIA

Simposio; XIX Simposio Nacional de Química Orgánica SINAQO 2013.; 2013

El estudio de la adsorción de metanol dentro de los poros de catalizadores ácidos como las zeolitas, es un tema de interés dado que representa el primer paso en las reacciones que se llevan a cabo en varios procesos de gran importancia industrial, como ser los procesos MTO (metanol-to-olefins) y MTG (methanol-to-gasolina). La naturaleza de la adsorción depende de diversos factores, fundamentalmente de las características topológicas de la red de catalizador y de la fuerza ácida del mismo, así como también de las interacciones entre la molécula huésped y las paredes del catalizador. Nuestros estudios previos utilizando el análisis topológico de la densidad electrónica, en la adsorción de olefinas sobre un agregado T5 de zeolita -sin considerar a ninguna zeolita en particular-, ha demostrado proveer información adicional para el estudio de interacciones adsorbato-catalizador y su relación con la energía de adsorción. En este trabajo se analiza la adsorción de metanol en dos zeolitas de diferente topología: HZSM-5 y HBETA, con el fin de relacionar los parámetros energéticos con los derivados de la densidad electrónica y teniendo en cuenta la estructura especifica del catalizador y por lo tanto el efecto de confinamiento. estructura del catalizador se representó con un modelo de agregado 46T (donde T representa átomos tetraédricos de Si y Al) para HZSM-5 y 52T para HBETA. En ambos catalizadores, el sitio activo se ubica en la intersección del canal. Las optimizaciones y análisis de frecuencias vibracionales de las especies involucradas se realizaron utilizando los funcionales B3LYP y M06-2x y la función base 6-31g(d) con el programa Gaussian09. El análisis topológico de la densidad electrónica se realizó en el contexto de la Teoría Cuántica de Átomos en Moléculas, QTAIM.1 Las densidades electrónicas se obtuvieron a nivel B3LYP y M06-2x usando la función base 6-31++G(d,p). Nuestros resultados indican que la energía de adsorción se relaciona con las propiedades topológicas de las interacciones entre la molécula huésped y el catalizador, están interacciones comprenden enlaces de hidrógeno con el sitio ácido de Bronsted e interacciones débiles entre el metanol y las paredes de la cavidad. Estas últimas, brindan una estabilización adicional al complejo adsorbido en ambas zeolitas.