Influencia de la Funcionalización del Ligando y el Modo de Calentamiento en la Síntesis de MOF UiO-66 para la Producción de γ-Valerolactona

Resumen

Este estudio evalúa la síntesis y el desempeño catalítico de redes metal-orgánicas (MOFs) tipo UiO-66 para la producción dE γ-valerolactona mediante hidrogenación por transferencia catalítica. Se compararon materiales sintetizados por el método solvotermal convencional (24 h) empleando ácido tereftálico (M24) y ácido amino tereftálico (N24), frente a una variante obtenida mediante irradiación por microondas en 2 h (M2). La caracterización mediante isotermas BET reveló que la técnica de síntesis y la funcionalización impactan drásticamente en la porosidad. El material M2 alcanzó el área superficial más elevada (1200 m²·g^-1), superando a M24 (1063 m²·g^-1) y N24 (823 m²·g^-1). El análisis termogravimétrico confirmó que la irradiación por microondas actúa como una herramienta para la generación de defectos del material, incrementando la densidad de ligandos ausentes del 7,48% (M24) al 10,37% (M2). Estos defectos generan vacantes de coordinación en los nodos de circonio que actúan como sitios ácidos de Lewis, fundamentales para activar el sustrato mediante el mecanismo de Meerwein-Ponndorf-Verley. En las pruebas catalíticas utilizando isopropanol como donante de hidrógeno, el material M2 exhibió un desempeño superior con una conversión del 99,99% y un rendimiento hacia γ-valerolactona del 85,72%. En contraste, el material funcionalizado N24 mostró la menor conversión (52,90%) y una marcada tendencia hacia la formación del intermedio isopropil levulinato (36,19%). Este comportamiento sugiere que los sitios básicos proporcionados por el grupo amino en el ligando favorecen la esterificación inicial, pero limitan la reducción posterior hacia la lactona. Se concluye que la síntesis asistida por microondas no solo reduce drásticamente los tiempos de cristalización, sino que ajusta la cantidad de defectos estructurales y la acidez de Lewis del UiO-66, maximizando la eficiencia en la valorización del ácido levulínico hacia la γ-valerolactona.