طراحی و سنتز کاتالیزورهای سولفونیک اسیدی و فلزی نانوساختار جدید بر پایه ترکیبات ارگانوسیلیکا مزوحفره تناوبی (OMP)و نانوذرات مغناطیسی 4O3eFو کاربرد آنها در برخی تبدیلات شیمیایی
تهران
۵۶۳ص.
برهمن موثق؛ بابک کریمی
دکتری
صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی
۱۳۹۴
شیمی
هدف اصلی این رساله طراحی، ساخت، و شناسایی کاتالیزورهای دوعاملی اسیدی آبگریز و بازی-فلزی (کمپلکس پورفرینی پالادیم) به ترتیب بر پایهنانوذرات مغناطیسی 4O3eFبا پوشش سیلیکایی و ترکیبات مغناطیسی اورگانوسیلیکا مزوحفره تناوبی و بررسی برخی از کاربردهای مهم این دسته از مواد در تبدیلات آلی می باشد. مطالعات انجام شده در این رساله به سه فصل کلی تقسیم شده است. در فصل اول مقدمه ای کلی در مورد شیمی سبز، اشکال مختلف کاتالیزورها، مواد مزوحفره و مواد مغناطیسی ارائه گردیده است. همچنین روش های معمول به منظور تهیه ترکیبات مزوحفره مغناطیسی نیز مورد بررسی قرار گرفته است. در فصل دوم، مقدمه ای کلی در مورد اسیدهای جامد، بخصوص اسیدهای جامد مغناطیسی ارائه گردیده است. بعلاوه روشی جدید برای تهیه اسید جامد مغناطیسی آبگریز با ساختار هسته-پوسته، بوسیله نانوذرات مغناطیسی 4O3eFو مواد اولیه سیلیکایی توصیف شده است. شناسایی کاتالیزور اسیدی جامد مغناطیسی و آبگریز بوسیله روشصهای دستگاهی متنوع مانند آنالیز عنصری، جذب-واجذب آب، آنالیز وزنی-حرارتی (AGT)، پراش اشعه ایکس پودری (DRX)، مغناطیس سنجی (MSV) و آنالیز میکروسکوپ الکترونی روبشی (MES) و عبوری (MET) انجام شده است. در ادامه، مطالعه ای کامل بر روی تٲثیر نقش آبگریزی سطح کاتالیزور در واکنش استری شدن الکل های چرب و دیگر واکنش های تولید کننده محصول فرعی آب مانند واکنش های بیگینلی، استرکر و تهیه بیس(ایندولیل)متان انجام شده است. مشاهده شد که قرار دادن گروه های متیل آبگریز بر روی سطح نانوذرات مغناطیسی با ساختار هسته-پوسته نه تنها پدید نفوذ مواد اولیه و محصولات را به سطوح آسان تر کرده بلکه با فراهم کردن محیطی چرب و آبگریز محصول فرعی آب را نیز از محیط واکنش دور کرده و واکنش را به سمت محصول مورد نظر سوق می دهد (شکل 1). قابلیت بازیافت مناسب این کاتالیزور کارایی و پایداری بالای آن را به عنوان یک سیستم ناهمگن کاتالیزوری به خوبی نشان می دهد. (شکل 1) فصل سوم مقدمه ای کلی در مورد اشکال و جوانب مختلف ترکیبات مزوحفره بویژه ترکیبات اورگانوسیلیکا مزوحفره تناوبی (OMP) ارائه می دهد. بعلاوه روش تهیه و شناسایی کاتالیزوری جدید و دوعاملی بازی-فلزی از طریق نشاندن کمپلکس پورفرینی پالادیم بر روی تر کیبات اورگانوسیلیکا مزوحفره تناوبی مغناطیسی با دیواره بازی نیز شرح داده شده است. خواص ساختاری کلی و جزئی لیگاند پورفرین، کمپلکس آن با پالادیم و کاتالیزور دوعاملی بوسیله روش ای مختلف دستگاهی مانند طیف سنجی مرئی-فرابنفش، MSV ،AGT ،MET ،XDE،RMN و جذب-واجذب نیتروژن تٲیید شده است.در بخش پایانی این فصل، واکنش ای جفت شدن کربن-کربن و کربن-هترواتم بخصوص واکنش های سونوگاشیرا، میزوروکی-هک، تهیه ترکیبات اینونی و واکنش S-آریل دارشدن که بوسیله پالادیم کاتالیز می شوند، به صورت اجمالی بحث شده اند. این سیستم کاتالیزوری برای مشتق های متنوع الکترون کشنده و الکترون دهنده از آریل یدیدها، برمیدها و تا حدودی کلریدها به خوبی عمل کرده است. قابل ذکر است که کاتالیزور 8 مرتبه به خوبی بازیافت شده که در تصاویر MET گرفته شده پس از مرحله هشتم به وضوح پایداری و حفظ ساختار شش وجهی کاتالیزرو نمایان می باشد (شکل 2).
The main goal of this thesis is to investigate the design, synthesis, characterization, and application of new hydrophobic organosulfonic acid functionalized Fe3O4 silica-coated magnetic nanoparticles and novel anchored palladium-porphyrin complex on the basic periodic mesoporous organosilica )PMOs( in some organic transformations. This dissertation has been divided into three chapters, a brief summary of which is given below: Chapter 1 presents a general introduction about green chemistry, various features of catalysts, mesoporous and magnetic materials. Furthermore, conventional methods for the synthesis and stabilization of magnetic nanoparticles especially on the mesoporous materials have been reviewed. In chapter two, a general introduction about solid acids, particularly magnetic solid acids, has been presented. Furthermore, a novel route for the synthesis of a hydrophobic magnetic solid acid with core-shell structures by treating Fe3O4 magnetic nanoparticles with silica precursors has been described.The characterization of the new magnetic and hydrophobic solid acid has been investigated by elemental analysis, water adsorption-desorption analysis, thermogravimetric analysis )TGA(, X-ray diffraction analysis )XRD(, vibrating sample magnetometer analysis )VSM(, transmission electron microscopy )TEM( and scanning electron microscopy )SEM(. In continuation of this research, comprehensive study on the role of surface hydrophobicity of the catalyst in esterification of fatty alcohols and other water generating reactions, such as Biginelli, Strecker and the synthesis of Bis)indolyl(methane has been investigated. It has been shown that the immobilization of hydrophobic methyl regulators on the surface of the core-shell magnetic nanoparticles not only facilitates the diffusion of substrates and products to the surface, but also can provide a hydrophobic environment to drive out the by-product and in turn facilitate the water generating reactions )Figure 1(. High degree of reusability of this catalyst demonstrates its high stability in a heterogeneous system. )Figure 1( Chapter three focuses on various features of mesoporous materials, especially Periodic Mesoporous Organosilicas )PMOs(. Furthermore, the preparation and characterization of a novel bifunctional basic-metallic catalyst via grafting of a palladium-porphyrin complex on the magnetic PMO with basic walls have been explained. The structural and textural characters of the porphyrin ligand, it s Pd-complex and novel bifunctional catalyst were confirmed by UV-Vis spectroscopy, NMR, EDX, TEM, TGA, VSM and N2 adsorption-desorption analysis. In the last section of this chapter, palladium-catalyzed carbon carbon and carbon heteroatom bond forming reactions specially Sonogashira, Mizoroki-Heck, Ynone synthesis and S-arylation reactions have been briefly discussed. This system was effectively applied to the coupling reactions with a wide variety of electron-rich and -poorof aryl iodide, and bromide and chloride. It is noteworthy that the catalyst showed a high recycling ability with around 8 consecutive runs. TEM images of the catalyst after the 4th reaction cycle showed that the honeycomb structure of the catalyst is survived )Figure 2(.