Study of Confinement and Catalysis Effects of the Reaction of Methylation of Benzene by Methanol in H-Beta and H-ZSM-5 Zeolites by Topological Analysis of Electron Density

In this work we studied the host-guest interactions between confined molecules and zeolites and their relationship with the energies involved in the reaction of methylation of benzene by methanol in H-ZSM-5 and H-Beta zeolites employing density functional theory (DFT) methods and the quantum theory of atoms in molecules. Results show that the strength of the interactions related to adsorption and coadsorption processes is higher in the catalyst with the larger cavity; however, the confinement effects are higher in the smaller zeolite, explaining, from an electronic viewpoint, the reason why the stabilization energy is higher in H-ZSM-5 than in H-Beta. The confinement effects of the catalyst on the confined species for methanol adsorption, benzene coadsorption, and the formed intermediates dominate this stabilization. For the transition state (TS), the stability of the TS is achieved due to the stabilizing effect of the surrounding zeolite framework on the formed carbocationic species (CH3+) which is higher in H-ZSM-5 than in H-Beta. In both TSs the methyl cation is multicoordinated forming the following H2O···CH3+···CB concerted bonds. It is demonstrated that, through the electron density analysis, the criteria can be defined to discriminate between interactions related to the confinement effects and the reaction itself (adsorption, coadsorption, and bond-breaking and bond-forming processes) and, thus, to discriminate the relative contributions of the degree of confinement to the reaction energies for two zeolite catalysts with different topologies.Fil: Zalazar, Maria Fernanda. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Nordeste. Instituto de Química Básica y Aplicada del Nordeste Argentino. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Exactas Naturales y Agrimensura. Instituto de Química Básica y Aplicada del Nordeste Argentino; ArgentinaFil: Paredes, Esteban Nadal. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales y Agrimensura. Departamento de Química. Laboratorio de Estructura Molecular y Propiedades; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Nordeste; ArgentinaFil: Romero, Gonzalo David. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Nordeste; Argentina. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales y Agrimensura. Departamento de Química. Laboratorio de Estructura Molecular y Propiedades; ArgentinaFil: Cabral, Néstor Damián. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales y Agrimensura. Departamento de Química. Laboratorio de Estructura Molecular y Propiedades; ArgentinaFil: Peruchena, Nelida Maria. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Nordeste. Instituto de Química Básica y Aplicada del Nordeste Argentino. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Exactas Naturales y Agrimensura. Instituto de Química Básica y Aplicada del Nordeste Argentino; Argentin

Oportunidades y desafíos para divulgar ciencias químicas y despertar vocaciones científicas tempranas

En este trabajo se describe una propuesta didáctica novedosa desarrolladaen el marco de ferias y muestras itinerantes de Ciencia y Tecnología. El objetivogeneral de la experiencia es desarrollar la cultura científica y contribuir al despertar de vocaciones científicas en niños. A través de la participación en este tipo actividades se abren nuevas oportunidades de comunicación desde la Universidad y los Centros de Investigación hacia la sociedad. Esto redunda en una mayor motivación tanto por parte de los alumnos como de los docentes y el equipo de trabajo involucrado.Fil: Alegre, Clara Iris Aymará. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Nordeste. Instituto de Química Básica y Aplicada del Nordeste Argentino. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Exactas Naturales y Agrimensura. Instituto de Química Básica y Aplicada del Nordeste Argentino; ArgentinaFil: Romero, Gonzalo David. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Nordeste. Instituto de Química Básica y Aplicada del Nordeste Argentino. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Exactas Naturales y Agrimensura. Instituto de Química Básica y Aplicada del Nordeste Argentino; ArgentinaFil: Cabral, Néstor Damián. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales y Agrimensura; ArgentinaFil: Zalazar, Maria Fernanda. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Nordeste. Instituto de Química Básica y Aplicada del Nordeste Argentino. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Exactas Naturales y Agrimensura. Instituto de Química Básica y Aplicada del Nordeste Argentino; Argentin

Oportunidades y desafíos para divulgar ciencias químicas y despertar vocaciones científicas tempranas

En este trabajo se describe una propuesta didáctica novedosa desarrollada en el marco de ferias y muestras itinerantes de Ciencia y Tecnología. El objetivo general de la experiencia es desarrollar la cultura científica y contribuir al despertar de vocaciones científicas en niños. A través de la participación en este tipo actividades se abren nuevas oportunidades de comunicación desde la Universidad y los Centros de Investigación hacia la sociedad. Esto redunda en una mayor motivación tanto por parte de los alumnos como de los docentes y el equipo de trabajo involucrado.

Estudio Comparativo de la Distribución Densidad Electrónica en Complejos Adsorbidos sobre cavidades de Zeolitas Ácidas de Diferente Topología. Relación con el Efecto de Confinamiento

La adsorción de ácido acético es un paso clave en las reacciones de esterificación catalizadas por sólidos y debería estar involucrada en el paso determinante de la velocidad. Por otro lado, el efecto de confinamiento en zeolitas es una característica que juega un rol clave en las reacciones Catalíticas que ocurren dentro de la red del catalizador. El objetivo de estetrabajo fue estudiar comparativamente, y desde el punto de vista de la distribución electrónica, diferentes modos de adsorción de ácido acético sobre las diferentes cavidades de las zeolitas H-ZSM-5, H-Beta y H-Y y así discriminar el efecto de confinamiento y su rol sobre la actividad catalítica. La estructura de los catalizadores se representó con un modelo de agregado 46T (donde T representa átomos tetraédricos de Si y Al) para H-ZSM-5, 52T para H-Beta y 84T para HY. Las optimizaciones y análisis de frecuencias vibracionales de las especies involucradas se realizaron a nivel M06-2X/6-31G(d) con el programa Gaussian09. Las densidades electrónicas se obtuvieron anivel M06-2X/6-31++G(d,p) y los cálculos se realizaron con el programa AIMAll. Los resultados han revelado que el modo de adsorción predominante involucra que el ácido se adsorba molecularmente sobre el sitio ácido, donde tanto el grupo carbonilo como hidroxilo del ácido acético, interaccionan con los sitios ácido y básico del catalizador. La adsorción del ácido en cavidades más pequeñas permite un mejor ajuste y así una adsorción más fuerte en el sitio activo, la mayor contribución de las interacciones débiles entre zeolita y adsorbato favorece de manera significativa al efecto de confinamiento y la estabilidad. Para zeolitas de cavidades de gran tamaño el efecto de confinamiento no es importante y toda la energía de adsorción se relaciona con la interacción en el sitio activo.Fil: Romero, Gonzalo David. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales y Agrimensura. Departamento de Química. Laboratorio de Estructura Molecular y Propiedades; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Nordeste. Instituto de Química Básica y Aplicada del Nordeste Argentino. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Exactas Naturales y Agrimensura. Instituto de Química Básica y Aplicada del Nordeste Argentino; ArgentinaFil: Cabral, Néstor Damián. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Nordeste. Instituto de Química Básica y Aplicada del Nordeste Argentino. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Exactas Naturales y Agrimensura. Instituto de Química Básica y Aplicada del Nordeste Argentino; Argentina. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales y Agrimensura. Departamento de Química. Laboratorio de Estructura Molecular y Propiedades; ArgentinaFil: Zalazar, Maria Fernanda. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales y Agrimensura. Departamento de Química. Laboratorio de Estructura Molecular y Propiedades; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Nordeste. Instituto de Química Básica y Aplicada del Nordeste Argentino. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Exactas Naturales y Agrimensura. Instituto de Química Básica y Aplicada del Nordeste Argentino; ArgentinaFil: Peruchena, Nelida Maria. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Nordeste. Instituto de Química Básica y Aplicada del Nordeste Argentino. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Exactas Naturales y Agrimensura. Instituto de Química Básica y Aplicada del Nordeste Argentino; Argentina. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales y Agrimensura. Departamento de Química. Laboratorio de Estructura Molecular y Propiedades; ArgentinaXXV Jornadas de Jóvenes Investigadores de la Asociación de Universidades del Grupo MontevideoEncarnaciónParaguayUniversidad Nacional de ItapúaAsociación de Universidades del Grupo Montevide

Confinement Effects in Protonation Reactions Catalyzed by Zeolites with Large Void Structures

In the present work, we studied the protonation reaction of styrene inside the cavity of acidic H-Y zeolite. Density functional theory calculation using M06-2X functional and analysis of quantum theory of atoms in molecules are used to investigate the confinement effects of zeolite framework on species involved on the reaction. A detailed analysis of the topology of the electron density of interactions among reactants, transition state, and intermediate products with the cavity of H-Y zeolite is performed, extracting conclusions about adsorption, catalysis, and confinement effects. Identification and quantification of host-guest interactions between zeolite framework and styryl cation support the larger contribution of weak closed-shell interactions in stabilization of the formed carbenium ion. Our results clearly show that reaction energies for all formed species inside a zeolite with large void structure are also significantly governed by the confinement effects related to weak host-guest interactions. In other words, zeolite confinement effect is a crucial factor that may affect the catalytic activity even on zeolites with large pore size and void structure as H-Y.Fil: Zalazar, Maria Fernanda. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Nordeste. Instituto de Química Básica y Aplicada del Nordeste Argentino. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Exactas Naturales y Agrimensura. Instituto de Química Básica y Aplicada del Nordeste Argentino; Argentina. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales y Agrimensura. Departamento de Química. Laboratorio de Estructura Molecular y Propiedades; ArgentinaFil: Cabral, Néstor Damián. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales y Agrimensura. Departamento de Química. Laboratorio de Estructura Molecular y Propiedades; ArgentinaFil: Romero Ojeda, Gonzalo D.. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales y Agrimensura. Departamento de Química. Laboratorio de Estructura Molecular y Propiedades; ArgentinaFil: Alegre, Clara Iris Aymará. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales y Agrimensura. Departamento de Química. Laboratorio de Estructura Molecular y Propiedades; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Nordeste. Instituto de Química Básica y Aplicada del Nordeste Argentino. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Exactas Naturales y Agrimensura. Instituto de Química Básica y Aplicada del Nordeste Argentino; ArgentinaFil: Peruchena, Nelida Maria. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Nordeste. Instituto de Química Básica y Aplicada del Nordeste Argentino. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Exactas Naturales y Agrimensura. Instituto de Química Básica y Aplicada del Nordeste Argentino; Argentina. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales y Agrimensura. Departamento de Química. Laboratorio de Estructura Molecular y Propiedades; Argentin