A theoretical study of the insertion of carbenes (CH2, CHCHO) in the framework structure of zeolite Y was carried out. The "our own n-layered integrated molecular orbital and molecular mechanics" (ONIOM) scheme M062x/6-31G(d,p):PM6 was used to describe the insertion of methylene (CH2) in the T-O bonds (T = Si, Al) of the framework yielding four isomeric structures. In all cases, calculations indicated a high exothermic process for the insertion of methylene in the framework, regardless of the spin multiplicity of the carbene (singlet or triplet). Insertion into the acidic O-H bond to afford an adsorbed methoxy group was the most favourable process, but this pathway does not occur if insertion is carried out on the deprotonated zeolite. Insertion of formylcarbene (CHCHO) creates chiral sites in the framework. The acidity of the zeolite structures after carbene insertion was calculated by means of the deprotonation energy. The calculations predicted the possibility of designing acidic zeolites with chiral sites that could mimic enzymes, especially for uses in fine chemical processes and biomass transformations.
Foi realizado um estudo teórico da inserção de carbenos (CH2 e CHCHO) na estrutura cristalina da zeólita Y. O método our own n-layered integrated molecular orbital and molecular mechanics (ONIOM) M062x/6-31G(d,p):PM6 foi utilizado para descrever a inserção do metileno (CH2) nas ligações T-O (T = Si ou Al) da rede resultando em quatro estruturas isômeras. Em todos os casos os cálculos indicaram uma alta exotermicidade para a inserção do metileno na rede cristalina, independentemente da multiplicidade do carbeno (singlete ou triplete). A inserção na ligação O-H ácida para formar um grupo metóxi adsorvido foi o processo mais favorável, mas este caminho não ocorre se a inserção é feita na zeólita desprotonada. A inserção do formil-carbeno (CHCHO) cria centros quirais na estrutura cristalina. A acidez da zeólita após a inserção dos carbenos foi calculada usando a energia de desprotonação. Os cálculos predizem a possibilidade de desenvolver zeólitas ácidas com centros quirais, que poderiam imitar enzimas, especialmente para uso em processos de química fina e transformação de biomassa.