Luận án tiến sĩ công nghệ hóa hữu cơ application of mil 68 in fe3o bpdc3 mof 235
Tài liệu: Luận án tiến sĩ công nghệ hóa hữu cơ application of mil 68 in fe3o bpdc3 mof 235 as catalysts for c n and c o bond forming reactions. Tải miễn phí tại
Organic Chemical Technology
Luan An
Luận án tiến sĩ
Năm xuất bản
Số trang
240
Thời gian đọc
36 phút
Lượt xem
0
Lượt tải
0
Phí lưu trữ
50 Point
Mục lục chi tiết
Tóm tắt nội dung
I.Ứng dụng MIL 68 In Xúc tác hiệu quả cho hóa hữu cơ
Luận án này tập trung vào ứng dụng xúc tác của MIL-68(In) và các MOF gốc sắt trong lĩnh vực hóa hữu cơ. Các vật liệu khung kim loại-hữu cơ này thể hiện tiềm năng vượt trội trong việc thúc đẩy các phản ứng hình thành liên kết carbon-nitrogen (C-N) và carbon-oxygen (C-O). Nghiên cứu cung cấp cái nhìn tổng quan về khả năng của MIL-68(In) như một xúc tác dị thể hiệu quả, đóng góp vào sự phát triển của công nghệ hóa. Việc sử dụng MIL-68(In) mở ra hướng đi mới cho tổng hợp các hợp chất hữu cơ phức tạp. Vật liệu MIL-68(In) cho thấy hoạt tính xúc tác cao, khả năng tái sử dụng tốt, giảm thiểu chất thải, thân thiện với môi trường. Điều này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh phát triển hóa học xanh. Luận án này chi tiết hóa quá trình tổng hợp và đặc trưng các vật liệu MIL-68(In), đồng thời đánh giá toàn diện hiệu suất xúc tác của chúng. Các kết quả nhấn mạnh vai trò của MIL-68(In) trong việc tạo ra các liên kết hóa học quan trọng, mang lại hiệu suất cao và sự ổn định trong điều kiện phản ứng khác nhau.
1.1. Khám phá tiềm năng MIL 68 In trong phản ứng hóa hữu cơ
Nghiên cứu tập trung vào khám phá tiềm năng của MIL-68(In) như một xúc tác trong các phản ứng hóa hữu cơ. Vật liệu này thuộc nhóm khung kim loại-hữu cơ (MOF) dựa trên Indium. MIL-68(In) sở hữu cấu trúc vật liệu mao quản đặc biệt, mang lại diện tích bề mặt lớn và nhiều vị trí hoạt động. Các đặc tính này làm cho MIL-68(In) trở thành ứng cử viên lý tưởng cho vai trò xúc tác. Luận án đánh giá khả năng của MIL-68(In) trong việc tăng tốc độ phản ứng và nâng cao hiệu suất chuyển hóa. Vật liệu này cho thấy tính ổn định hóa học và nhiệt tốt, là yếu tố quan trọng đối với xúc tác. Các thử nghiệm chỉ ra hiệu quả của MIL-68(In) trong nhiều loại phản ứng hữu cơ.
1.2. Phản ứng hình thành liên kết C N C O được xúc tác bởi MIL 68 In
Luận án mô tả việc sử dụng MIL-68(In) và các Fe-MOF làm xúc tác cho phản ứng hình thành liên kết C-N và C-O. Đây là các phản ứng cơ bản và quan trọng trong tổng hợp hữu cơ. MIL-68(In) thể hiện hoạt tính xúc tác cao trong việc tạo ra 2-nitro-3-arylimidazo[1,2-a]pyridine, 2,4-diarylpyridine và α-acyloxy ether. Các liên kết C-N và C-O được hình thành với hiệu suất cao dưới sự xúc tác của vật liệu MIL-68(In). Khung kim loại-hữu cơ này cung cấp một môi trường độc đáo cho các phản ứng này diễn ra. Nghiên cứu cũng so sánh hiệu quả của MIL-68(In) với các xúc tác khác. Điều này chứng minh MIL-68(In) là một giải pháp xúc tác đầy hứa hẹn cho công nghệ hóa.
1.3. Tổng hợp hợp chất đặc biệt Pyridine và Ether
Nghiên cứu này ứng dụng MIL-68(In) và các MOF gốc sắt để tổng hợp các hợp chất hữu cơ đặc biệt. Các sản phẩm bao gồm 2-nitro-3-arylimidazo[1,2-a]pyridine và 2,4-diarylpyridine. Ngoài ra, việc tổng hợp các α-acyloxy ether cũng được thực hiện. Đây là những hợp chất có giá trị trong ngành dược phẩm và hóa chất đặc biệt. Quá trình tổng hợp diễn ra hiệu quả với sự hiện diện của xúc tác MOF. Các phương pháp tổng hợp vật liệu được tối ưu hóa để đạt được năng suất cao. Các kết quả cho thấy MIL-68(In) và các MOF tương tự là những công cụ mạnh mẽ trong tổng hợp hóa hữu cơ, đặc biệt là trong việc tạo ra các liên kết phức tạp.
II.Tổng hợp Khung kim loại hữu cơ MOF Phương pháp vật liệu
Luận án mô tả chi tiết quá trình tổng hợp các khung kim loại-hữu cơ (MOF) quan trọng. Các vật liệu bao gồm MIL-68(In), Fe3O(BPDC)3, và MOF-235. Việc tổng hợp vật liệu mao quản này được thực hiện bằng phương pháp solvothermal. Phương pháp này đảm bảo sự hình thành các cấu trúc tinh thể ổn định. Các điều kiện tổng hợp được nghiên cứu và tối ưu hóa để đạt được sản phẩm với đặc tính mong muốn. Quá trình tổng hợp vật liệu là nền tảng cho việc nghiên cứu các ứng dụng tiếp theo. Khung kim loại-hữu cơ là một loại vật liệu đang thu hút nhiều sự chú ý trong công nghệ hóa do tính linh hoạt trong cấu trúc và ứng dụng đa dạng của chúng trong hóa hữu cơ.
2.1. Phương pháp tổng hợp solvothermal cho MOF
Phương pháp solvothermal được sử dụng để tổng hợp MIL-68(In), Fe3O(BPDC)3 và MOF-235. Đây là kỹ thuật phổ biến để tạo ra các khung kim loại-hữu cơ. Quá trình bao gồm việc nung nóng các tiền chất trong dung môi dưới áp suất cao. Điều này thúc đẩy sự kết tinh của vật liệu MOF. Phương pháp solvothermal cho phép kiểm soát tốt kích thước tinh thể và hình thái học của vật liệu. Tối ưu hóa các thông số như nhiệt độ, thời gian và loại dung môi là rất quan trọng. Nghiên cứu này chứng minh hiệu quả của phương pháp solvothermal trong việc sản xuất các vật liệu MOF với cấu trúc mong muốn và các đặc tính vật liệu mao quản.
2.2. Các loại MOF chính MIL 68 In Fe3O BPDC 3 MOF 235
Luận án tập trung vào ba loại khung kim loại-hữu cơ chính: MIL-68(In), Fe3O(BPDC)3, và MOF-235. MIL-68(In) là một MOF dựa trên Indium, nổi bật với cấu trúc tinh thể đặc biệt và tính ổn định. Fe3O(BPDC)3 và MOF-235 là các MOF gốc sắt, cũng có các đặc tính hóa học và cấu trúc hấp dẫn. Các vật liệu này đều là vật liệu mao quản, sở hữu diện tích bề mặt lớn. Việc lựa chọn các loại MOF này dựa trên tiềm năng ứng dụng xúc tác của chúng. Mỗi loại MOF có cấu trúc và tính chất riêng, ảnh hưởng đến hoạt tính xúc tác. Nghiên cứu cung cấp thông tin chi tiết về quá trình tổng hợp và đặc trưng của từng loại MOF.
2.3. Điều kiện tổng hợp vật liệu tối ưu
Nghiên cứu đã khảo sát và tối ưu hóa các điều kiện tổng hợp vật liệu MOF. Các yếu tố như nồng độ tiền chất, nhiệt độ phản ứng, thời gian phản ứng, và loại dung môi được xem xét kỹ lưỡng. Mục tiêu là đạt được vật liệu MIL-68(In), Fe3O(BPDC)3 và MOF-235 với chất lượng cao nhất. Quá trình tối ưu hóa bao gồm nhiều thí nghiệm lặp lại để xác định các thông số tối ưu. Các điều kiện tổng hợp ảnh hưởng trực tiếp đến kích thước lỗ xốp, diện tích bề mặt và độ ổn định của vật liệu. Việc kiểm soát chặt chẽ các điều kiện này là chìa khóa để sản xuất các MOF hiệu quả cho ứng dụng xúc tác trong công nghệ hóa.
III.MIL 68 In Fe MOF Vật liệu mao quản tiên tiến
MIL-68(In) và các MOF gốc sắt (Fe-MOF) đại diện cho một lớp vật liệu mao quản tiên tiến. Các khung kim loại-hữu cơ này sở hữu cấu trúc lỗ xốp có trật tự cao, diện tích bề mặt lớn. Điều này mang lại các đặc tính độc đáo cho ứng dụng trong công nghệ hóa. MIL-68(In) và Fe-MOF có khả năng hấp phụ khí và xúc tác mạnh mẽ. Cấu trúc tinh thể của chúng được thiết kế ở cấp độ phân tử. Điều này cho phép tinh chỉnh các tính chất vật liệu để phù hợp với các ứng dụng cụ thể. Nghiên cứu này khám phá sâu sắc cấu trúc và tính chất vật lý của các MOF này. Các kết quả chỉ ra tiềm năng to lớn của chúng trong các lĩnh vực khác nhau, đặc biệt là hóa hữu cơ.
3.1. Cấu trúc và đặc tính vật liệu mao quản của MOF
MIL-68(In) và các Fe-MOF có cấu trúc vật liệu mao quản đặc trưng. Các vật liệu này được tạo thành từ các nút kim loại (Indium hoặc Sắt) và các phối tử hữu cơ. Sự kết hợp này tạo ra một mạng lưới không gian ba chiều với các kênh và lỗ xốp. Kích thước và hình dạng của các lỗ xốp có thể được điều chỉnh. Điều này ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng hấp phụ khí và hoạt tính xúc tác. Diện tích bề mặt riêng cao là một đặc điểm nổi bật. Các MOF này thể hiện tính ổn định cơ học và nhiệt đáng kể. Cấu trúc tinh thể được xác định rõ ràng thông qua các phương pháp phân tích, hỗ trợ tổng hợp vật liệu chất lượng.
3.2. Vai trò của Indium và Sắt trong cấu trúc MOF
Indium và Sắt đóng vai trò trung tâm trong cấu trúc của các khung kim loại-hữu cơ này. Indium là kim loại chính trong MIL-68(In). Các ion Indium hình thành các cụm thứ cấp liên kết với phối tử hữu cơ. Sắt là kim loại nền cho Fe3O(BPDC)3 và MOF-235. Sự hiện diện của các ion kim loại này quyết định cấu trúc hình học và tính chất hóa học của MOF. Chúng tạo ra các tâm hoạt động xúc tác và ảnh hưởng đến khả năng tương tác với các phân tử chất phản ứng. Việc lựa chọn kim loại trung tâm là yếu tố then chốt trong thiết kế MOF. Điều này cho phép tinh chỉnh các đặc tính của vật liệu để đạt hiệu suất tối ưu trong ứng dụng xúc tác.
3.3. Tối ưu hóa tính chất vật liệu cho ứng dụng
Quá trình tối ưu hóa tính chất vật liệu là rất quan trọng để nâng cao hiệu quả ứng dụng. Đối với MIL-68(In) và Fe-MOF, việc điều chỉnh cấu trúc lỗ xốp, diện tích bề mặt và độ bền được thực hiện. Các thông số tổng hợp được kiểm soát chặt chẽ để đạt được các đặc tính mong muốn. Ví dụ, việc thay đổi phối tử hữu cơ có thể thay đổi kích thước và chức năng của lỗ xốp. Tối ưu hóa cũng bao gồm việc tăng cường độ ổn định của vật liệu trong các điều kiện phản ứng khắc nghiệt. Mục tiêu cuối cùng là tạo ra các vật liệu MOF với hoạt tính xúc tác cao, khả năng tái sử dụng tốt và tuổi thọ kéo dài, góp phần vào công nghệ hóa bền vững.
IV.Xúc tác dị thể MIL 68 In Hình thành liên kết C N C O
Luận án chứng minh MIL-68(In) và các Fe-MOF hoạt động như xúc tác dị thể hiệu quả. Chúng thúc đẩy quá trình hình thành liên kết C-N và C-O. Các xúc tác dị thể mang lại nhiều ưu điểm hơn xúc tác đồng thể. Chúng dễ dàng tách khỏi hỗn hợp phản ứng và tái sử dụng được nhiều lần. Điều này giảm chi phí vận hành và tác động môi trường. Các MOF này cung cấp các tâm hoạt động xúc tác trên bề mặt vật liệu mao quản. Điều này tạo điều kiện thuận lợi cho phản ứng hóa hữu cơ diễn ra. Hoạt tính xúc tác cao và khả năng tái sử dụng là những điểm nổi bật của các vật liệu này. Chúng là giải pháp lý tưởng cho các quy trình công nghệ hóa hiện đại.
4.1. Khả năng xúc tác của MIL 68 In và Fe MOF
MIL-68(In), Fe3O(BPDC)3 và MOF-235 thể hiện khả năng xúc tác mạnh mẽ. Chúng là các xúc tác dị thể cho phản ứng tạo liên kết C-N và C-O. Các vật liệu này có thể tăng tốc độ phản ứng và nâng cao hiệu suất. Hoạt tính xúc tác cao được ghi nhận trong việc tổng hợp các hợp chất hữu cơ phức tạp. Các MOF này cho thấy tính chọn lọc tốt đối với các sản phẩm mong muốn. Điều này giảm thiểu sự hình thành các sản phẩm phụ. Khả năng xúc tác của chúng được quy cho cấu trúc lỗ xốp và sự hiện diện của các trung tâm kim loại hoạt động (Indium, Sắt). Nghiên cứu này là một minh chứng rõ ràng cho tiềm năng của MOF trong xúc tác hóa hữu cơ.
4.2. Cơ chế hình thành liên kết C N và C O
Luận án thảo luận về cơ chế hình thành liên kết C-N và C-O dưới sự xúc tác của MIL-68(In) và Fe-MOF. Các tâm kim loại trong cấu trúc MOF hoạt động như các điểm Lewis acid. Chúng kích hoạt các tiền chất và tạo điều kiện cho phản ứng. Các lỗ xốp của MOF có thể tập trung các chất phản ứng, tăng hiệu quả va chạm. Điều này dẫn đến sự hình thành liên kết C-N và C-O nhanh chóng hơn. Cơ chế phản ứng cụ thể được đề xuất, giải thích sự chọn lọc và hoạt tính cao của xúc tác. Hiểu biết về cơ chế giúp thiết kế các xúc tác MOF tốt hơn trong tương lai cho các ứng dụng công nghệ hóa.
4.3. Phản ứng tái sử dụng xúc tác hiệu quả
Một ưu điểm nổi bật của MIL-68(In) và Fe-MOF là khả năng tái sử dụng xúc tác. Sau mỗi chu trình phản ứng, xúc tác được thu hồi dễ dàng bằng cách lọc. Các thí nghiệm tái sử dụng cho thấy các vật liệu này giữ được hoạt tính xúc tác đáng kể. Điều này xảy ra ngay cả sau nhiều lần sử dụng. Khả năng tái sử dụng cao giúp giảm chi phí sản xuất và tác động môi trường. Tính ổn định của cấu trúc MOF dưới điều kiện phản ứng là yếu tố then chốt. Việc tái sử dụng xúc tác góp phần vào mục tiêu phát triển công nghệ hóa bền vững và hóa học xanh, giảm thiểu sự cần thiết phải tổng hợp vật liệu mới liên tục.
V.Đặc trưng vật liệu MOF MIL 68 In và Fe MOF chi tiết
Luận án trình bày quá trình đặc trưng chi tiết MIL-68(In), Fe3O(BPDC)3 và MOF-235. Các phương pháp phân tích tiên tiến được sử dụng để xác định cấu trúc và tính chất vật lý-hóa học của vật liệu. Việc đặc trưng vật liệu là bước quan trọng để hiểu rõ mối quan hệ giữa cấu trúc và hoạt tính xúc tác. Các kỹ thuật bao gồm nhiễu xạ tia X bột (PXRD), kính hiển vi điện tử quét (SEM), kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM), phân tích nhiệt trọng lượng (TGA), và phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR). Phân tích này đảm bảo chất lượng và độ tinh khiết của các khung kim loại-hữu cơ. Từ đó, tiềm năng ứng dụng xúc tác của chúng được xác nhận rõ ràng.
5.1. Phương pháp phân tích đặc trưng hóa học và cấu trúc
Nhiều phương pháp phân tích được áp dụng để đặc trưng MIL-68(In) và Fe-MOF. PXRD xác nhận cấu trúc tinh thể và độ tinh khiết của vật liệu. SEM và TEM cung cấp thông tin về hình thái học và kích thước hạt. TGA đánh giá độ ổn định nhiệt của MOF. FT-IR xác định các nhóm chức hữu cơ và liên kết hóa học. Các phương pháp này cung cấp cái nhìn toàn diện về cấu trúc vi mô và vĩ mô của vật liệu. Việc kết hợp các kỹ thuật này đảm bảo sự hiểu biết sâu sắc về các đặc tính của MOF. Điều này quan trọng cho việc tổng hợp vật liệu hiệu quả và xác định ứng dụng xúc tác của chúng trong hóa hữu cơ.
5.2. Kết quả phân tích PXRD SEM TEM TGA FT IR
Kết quả phân tích từ PXRD, SEM, TEM, TGA và FT-IR đã xác nhận thành công việc tổng hợp MOF. Phổ PXRD khớp với cấu trúc dự kiến của MIL-68(In), Fe3O(BPDC)3 và MOF-235. Hình ảnh SEM và TEM cho thấy vật liệu có hình thái học đồng nhất và kích thước tinh thể trong khoảng mong muốn. TGA chỉ ra độ ổn định nhiệt cao của các MOF, phù hợp với ứng dụng xúc tác. Phổ FT-IR xác nhận sự hiện diện của các phối tử hữu cơ và liên kết kim loại-hữu cơ. Các kết quả này cung cấp bằng chứng mạnh mẽ về tính chất cấu trúc và hóa học của vật liệu, hỗ trợ cho việc hiểu hoạt động của chúng trong công nghệ hóa.
5.3. Phân bố kích thước lỗ xốp và hấp phụ khí N2
Phân tích phân bố kích thước lỗ xốp và đo hấp phụ khí N2 là rất quan trọng. Các phép đo này đánh giá tính chất vật liệu mao quản của MIL-68(In) và Fe-MOF. Diện tích bề mặt riêng và thể tích lỗ xốp được xác định chính xác. Kết quả cho thấy các MOF này có diện tích bề mặt lớn và hệ thống lỗ xốp phát triển tốt. Điều này giải thích khả năng xúc tác cao và khả năng hấp phụ khí của chúng. Việc hiểu rõ đặc tính lỗ xốp giúp tối ưu hóa thiết kế MOF cho các ứng dụng cụ thể như xúc tác và hấp phụ khí. Nghiên cứu này đóng góp vào sự hiểu biết về vật liệu mao quản trong công nghệ hóa.
VI.Tiềm năng Ứng dụng MIL 68 In trong Công nghệ hóa
MIL-68(In) và các MOF gốc sắt mở ra nhiều tiềm năng ứng dụng trong công nghệ hóa. Khung kim loại-hữu cơ này là vật liệu mao quản với các đặc tính ưu việt. Chúng có thể được sử dụng trong xúc tác, hấp phụ khí, và cảm biến. Nghiên cứu này đã chứng minh vai trò của chúng trong xúc tác hóa hữu cơ. Sự ổn định, hoạt tính cao, và khả năng tái sử dụng làm cho chúng trở thành lựa chọn hấp dẫn. Hóa hữu cơ và công nghệ hóa được hưởng lợi từ sự phát triển của các vật liệu này. Việc khám phá thêm các ứng dụng khác của MIL-68(In) là hướng đi đầy hứa hẹn. Điều này hứa hẹn mang lại những đột phá mới trong tổng hợp vật liệu và quy trình công nghiệp.
6.1. Hướng phát triển mới trong Hóa hữu cơ
Nghiên cứu về MIL-68(In) và các Fe-MOF mở ra hướng phát triển mới trong hóa hữu cơ. Việc sử dụng xúc tác MOF cho phép tổng hợp các hợp chất phức tạp một cách hiệu quả hơn. Các phản ứng hình thành liên kết C-N và C-O là ví dụ điển hình. Các vật liệu này cung cấp một nền tảng linh hoạt cho việc thiết kế các phản ứng chọn lọc. Điều này có thể dẫn đến việc phát triển các quy trình tổng hợp mới, xanh hơn. Hóa hữu cơ sẽ tiếp tục hưởng lợi từ việc tích hợp các vật liệu khung kim loại-hữu cơ. Điều này đặc biệt quan trọng để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về các sản phẩm hóa học tiên tiến.
6.2. Ưu điểm của xúc tác MOF so với xúc tác truyền thống
Xúc tác MOF như MIL-68(In) mang lại nhiều ưu điểm so với xúc tác truyền thống. Chúng có diện tích bề mặt lớn và cấu trúc lỗ xốp có thể điều chỉnh được. Điều này tạo ra nhiều tâm hoạt động hơn và tính chọn lọc cao. MOF còn dễ dàng thu hồi và tái sử dụng, giảm thiểu chất thải. Xúc tác truyền thống thường gặp khó khăn trong việc tách khỏi sản phẩm. Ngoài ra, MOF có thể hoạt động trong điều kiện phản ứng nhẹ hơn. Điều này giúp giảm chi phí năng lượng và tăng tính bền vững của quy trình. Những ưu điểm này làm cho MOF trở thành lựa chọn ưu việt trong công nghệ hóa hiện đại.
6.3. Đóng góp vào lĩnh vực công nghệ hóa
Nghiên cứu này đóng góp đáng kể vào lĩnh vực công nghệ hóa. Việc phát triển và ứng dụng MIL-68(In) và các MOF gốc sắt đã được chứng minh. Chúng là xúc tác hiệu quả cho các phản ứng hóa hữu cơ quan trọng. Các kết quả mở ra khả năng thiết kế vật liệu mới cho công nghiệp. Luận án cung cấp dữ liệu và kiến thức quan trọng về tổng hợp vật liệu và ứng dụng xúc tác của MOF. Điều này thúc đẩy sự đổi mới trong hóa học vật liệu và hóa học xanh. Đặc biệt, việc nghiên cứu về Indium và các khung kim loại-hữu cơ liên quan sẽ tiếp tục tạo ra nhiều giá trị cho ngành công nghiệp.
Tải xuống file đầy đủ để xem toàn bộ nội dung
Tải đầy đủ (240 trang)Trích đoạn nội dung luận án
Tải xuống để đọc toàn bộVIETNAM NATIONAL UNIVERSITY ± HO CHI MINH CITY HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY HA THANH MY PHUONG APPLICATION OF MIL-68(In), Fe3O(BPDC)3, MOF-235 AS CATALYST FOR Cí1$1'&í2 BOND FORMING REACTIONS PhD THESIS HO CHI MINH CITY 2020 VIETNAM NATIONAL UNIVERSITY ± HO CHI MINH CITY HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY HA THANH MY PHUONG APPLICATION OF MIL-68(In), Fe3O(BPDC)3, MOF-235 AS CATALYST FOR CíN AND CíO BOND FORMING REACTIONS Major: Organic Chemical Technology Major code: 62520301 Independent examiner 1: Assoc. Nguyen Phuong Tung Independent examiner 2: Assoc. Hoang Thi Kim Dung Examiner 1: Assoc. Tran Ngoc Quyen Examiner 2: Assoc.
Nguyen Thi Le Thu Examiner 3: Assoc. Ton That Quang ADVISORS: 1. Phan Thanh Son Nam 2. Le Thanh Dung DECLARATION OF ORIGINALITY I hereby declare that this is my own research study.
The research results and conclusions in this thesis are true, and are not copied from any other resources. The literature references have been quoted with clear citation as requested. Thesis Author Signature Ha Thanh My Phuong i 7Ï07Ҳ7/8Ұ1È1 /XұQiQQj\WUuQKEj\ SKѭѫQJSKiSWәQJKӧSÿһFWUѭQJKyDOêYjKRҥWWtQK[~FWiFFӫD YұWOLӋXNKXQJFѫNLPORҥL,QGLXP ,Q-MOF) là MIL-68 (In) YjYұWOLӋXNKXQJ FѫNLP VҳW )H-02) EDRJӗP)H3O(BPDC)3 và MOF-&iFYұWOLӋX02)Qj\ÿѭӧFVӱGөQJ OjPFKҩW[~FWiFGӏWKӇFKRFiFSKҧQӭQJKuQKWKjQKOLrQNӃW&í1Yj&í2ÿӇWәQJKӧS FiFKӧSFKҩW-nitro-3-arylimidazo[1,2-a]pyridine, 2,4-diarylpyridine và các Į-acyloxy ether. &KѭѫQJÿҫXWLrQFӫDOXұQiQQj\WUuQKEj\WәQJTXDQWjLOLӋXYӅFiFYұWOLӋX,Q-MOF và Fe-02)FөWKӇOjYұWOLӋX MIL-68(In), Fe3O(BPDC)3 và MOF-7әQJTXDQYӅFҩX WU~FWtQKFKҩWSKѭѫQJSKiSWәQJKӧSÿһFWtQKYjӭQJGөQJ[~FWiFFӫDFK~QJ1JRjL UDFKѭѫQJQj\FNJQJWәQJTXDQYӅFiFSKҧQӭQJKuQKOLrQNӃW&í1Yj&í2ÿӇWәQJKӧS các KӧS FKҩW 2-nitro-3-arylimidazo[1,2-a]pyridine, 2,4-diarylpyridine và Į-acyloxy ether.
&KѭѫQJWKӭKDLFӫDOXұQiQQj\WUuQKEj\TXiWUuQKWKӵF QJKLӋPWәQJKӧSYұWOLӋXMIL- 68(In), Fe3O(BPDC)3 và MOF-235 và NKҧRViWFiFÿLӅXNLӋQWәQJKӧS FiFKӧSFKҩW- nitro-3-arylimidazo[1,2-a]pyridine, 2,4-diarylpyridine và Į-acyloxyether YӟLFiF[~FWiF MIL-68(In), Fe3O(BPDC)3 và MOF-WѭѫQJӭQJ. &KѭѫQJWKӭEDFӫDOXұQiQQj\WUuQKEj\NӃWTXҧYjWKҧROXұQYӅYұWOLӋX0,/-68(In), Fe3O(BPDC)3 và MOF-ÿmWәQJKӧSYjNKҧQăQJӭQJ GөQJFiFYұWOLӋX02)Qj\ tUrQFiFSKҧQӭQJhình thành OLrQNӃW&íN và Cí2&iF02)Qj\ÿѭӧFWәQJKӧS EҵQJ FiFSKѭѫQJSKiSQKLӋW dung môi và [iFÿӏQKFiFÿһFWUѭQJKRiOê EҵQJSKѭѫQJSKiS ÿR PXRD, SEM, TEM, TGA, FT-IRSKkQEӕNtFKWKѭӟFOӛ[ӕSYjÿRKҩSSKө YұWOêQLWѫ .ӃWTXҧWKX ÿѭӧFFKRWKҩ\Fác In-MOF và Fe-MOF Qj\FyKRҥWWtQK[~FWiFFDRFKRFiF SKҧQӭQJKuQKWKjQKOLrQNӃW&í1 và CíO và QKӳQJ [~FWiFQj\ÿѭӧF WKXKӗLYjWiLVӱ GөQJQKLӅXOҫQPjNK{QJEӏJLҧPÿiQJNӇKRҥWWtQK[~FWiF 7KHRKLӇXELӃWWӕWQKҩWFӫD chúng tôi, nKӳQJFKX\ӇQKRi này VӱGөQJFKҩW[~FWiF0,/-68(In), Fe3O(BPDC)3 and MOF-FKѭDÿѭӧFÿӅFұSWUѭӟFÿk\WURQJWjLOLӋX ii THESIS SUMMARY This thesis describes the synthesis, characterization and catalytic applications of indium- based metal-organicframework (In-MOF) and iron-based metal-organic frameworks (Fe-MOFs) including MIL-68(In), Fe3O(BPDC)3 and MOF-235. These MOFs were used as heterogeneous catalysts for &í1and CíObond forming reactions to synthesize 2-nitro-3-aryl imidazo[1,2-a]pyridines, 2,4-diarylpyridines and Į-acyloxy ethers. The first chapter of this thesis provides a literature review of In-MOF and Fe-MOFs including MIL-68(In), Fe3O(BPDC)3 and MOF-235.
An overview of their structures, properties, synthesis and characterization methods and catalytic applications are described. In addition, the chapter also reviews &í1and &í2 bond forming reactions for the synthesis of 2-nitro-3-aryl imidazo[1,2-a]pyridines, 2,4-diarylpyridines and Į- acyloxy ethers. The second chapter of this thesis presents the experimental process of synthesizing MIL- 68(In), Fe3O(BPDC)3 and MOF-235 and test catalytic activity of these MOFs on &í1 DQG&í2 bonds forming reactions. The third chapter of this thesis presents the results and discussion about the synthesized MOFs and the ability to apply these MOFs on &í1DQG&í2 bonds forming reactions.
These MOFs were prepared by solvothermal methods and characterized by PXRD, SEM, TEM, TGA, FT-IR, pore size distribution and nitrogen physisorption measurements. These MOFs were found to be highly catalytically active for CíN and &í2 bonds forming reactions. The In-MOF and Fe-MOFs catalysts could be recovered and reused several times without a significant degradation in catalytic activity. To the best of our knowledge, these transformations using MIL-68(In), Fe3O(BPDC)3 and MOF-235 catalysts were not previously mentioned in the literature.
iii ABSTRACT Three highly porous indium-based organic frameworks (In-MOF) like MIL-68(In), iron- based organic frameworks (Fe-MOFs) such as Fe3O(BPDC)3 and MOF-235 were synthesized and characterized by PXRD, SEM, TEM, TGA, FT-IR, pore size distribution and nitrogen physisorption measurements. In-MOF were used as heterogeneous catalysts for &í1 DQG &í2 forming reactions to synthesize 2-nitro-3- aryl imidazo[1,2-a]pyridines. Fe3O(BPDC)3 was employed as heterogeneous catalyst for CíN bond forming reactions to synthesize 2,4-diaryl pyridines. MOF-235 was utilized as heterogeneous catalyst for &í2 bond forming reactions to synthesize Į- acyloxy ethers.
These catalytic systems offered practical approaches with high yields and selectivity. Additionally, broad functionality was shown to be compatible. The In- MOF and Fe-MOFs catalysts could be recovered and reused several times without significant degradation in catalytic activity. To the best of our knowledge, these transformations using MIL-68(In), Fe3O(BPDC)3 and MOF-235 catalysts were previously achieved under heterogeneous catalysis conditions in the literature.
iv ACKNOWLEDGMENT I reserve special thanks to my research advisors, Prof. Phan Thanh Son Nam and Dr. Le Thanh Dung, who have supported me over the course of my research work. Their motivation, patience, enthusiasm and immense knowledge have kept me going during the past four years.
I was so lucky to have such a precious opportunity to work under their guidance. I really would like to learn more from such renowned and respected chemists. I would aslo like to thank Assoc. Pham Thanh Quan and Dr.
Phan Thi Hoang Anh for their insight and questions that have undoubtedly helped me progress to this point. I would like to thank Assoc. Le Thi Hong Nhan, Dr. Truong Vu Thanh and Dr.
Nguyen Thanh Tung for guiding me how to recognize and find the best ways to solve the scientific problems. I would be remiss if I did not acknowledge all members of my group (Lieu Ngoc Thien, Doan Hoai Son) for the stimulating discussions in Organic Chemistry Division. Additionally, I wish to acknowledge three undergraduate students (Phan Thi Bao Trang, Le Thi Thanh Binh, To Chi Trung) and and graduated student (Le Duc Thuan) for their helps during the time they studied in laboratory. I also thank to my colleagues in Chemical Engineering Department at TayDo University for their encouragement.
My deepest gratitude to my family. The support and love from my family is of inestimable value. v TABLE OF CONTENTS TABLE OF CONTENTS .vi LIST OF FIGURES. viii LIST OF SCHEMES.
xii LIST OF TABLES .xiv LIST OF ABBREVIATION. 1 CHAPTER 1 LITERATURE REVIEW OF MIL-68(In), Fe3O(BPDC)3, MOF-235 $1'&í1&í2%21')250,1*5($&7,216. 1 Metal-organic frameworks. 2 Synthesis and structure of MIL-68(In), MOF-235 and Fe3O(BPDC)3.
1 Synthesis and structure of MIL-68(In). 2 Synthesis and structure of MOF-235. 3 Synthesis and structure of Fe3O(BPDC)3. 3 Application of MIL-68 (In), MOF-235 and Fe3O(PBDC)3 in catalysis.
4 &í1DQG&í2ERQGIRUPing reactions .1 &í1ERQGIRUPDWLRQLQV\QWKHVLVRI-nitro-3-arylimidazo[1,2-a]pyridine derivatives .2 &í1ERQGIRUPDWLRQIRUV\QWKHVLVRIaryl substituted pyridines .3 &í2ERQGIRUPDWLRQIRUV\QWKHVLVRIĮ-acyloxy ethers .2 Synthesis of MIL-68(In), Fe3O(BPDC)3 and MOF-235 .1 Materials and instrumentation .3 Catalyitic studies of MIL-68(In), Fe3O(BPDC)3 DQG02)RQ&í1 DQG&í2ERQGIRUPLQJUHDFWLRQV. 1 Materials and instrumentation. 2 Catalytic studies of MIL- ,Q RQ&í1ERQGIRUPDWLRQUHDFWLRQ between 2-aminopyridines and nitroalkenes. 3 Catalytic studies of Fe3O(BPDC)3 RQ&í1ERQGIRUPDWLRQUHDFWLRQ between N,N-dialkylanilines with ketoxime carboxylates.
4 Catalytic studies of MOF-235 RQ&í2ERQGIRUPDWLRQUHDFWLRQfor the direct esterification of carboxylic acids with C(sp3)íH bonds to form Į-acyloxy ethers. 46 RESULT AND DISCUSSION. 1 Characterization of MIL-68(In), MOF-235 and Fe3O(BPDC)3 .1 Characterization of MIL-68(In) .2 Characterization of MOF-235 .3 Characterization of Fe3O(BPDC)3. 2 Catalyitic studies of MIL-68(In), Fe3O(BPDC)3 DQG02)RQ&í1 DQG&í2ERQGIRUPLQJUHDFWLRQV .1 Catalytic studies of MIL-68(In) on CN bond formation reactions (1) .2 Catalytic studies of Fe3O(BPDC)3 on CN bond formation reactions (2) .3 Catalytic studies of MOF-235 on CO bond forming reaction (3) .103 CONCLUSION AND RECOMMENDATIONS.
1 Summary of current work. 2 Contributions of this thesis .125 LIST OF PUBLICATIONS .127 LIST OF OTHER PUBLICATIONS .139 vii LIST OF FIGURES Figure 1.1 Example Metal-Organic Framework (MOF). The yellow sphere represents the pore space within the crystal structure [5].2 Year wise publication status from 2000 to 2015 of various aspects of MOFs (a) MOFs, (b) MOFs as luminescent materials, (c) MOFs for gas storage, (d) MOFs as magnets, (e) MOFs for drug delivery and (f) MOFs as catalyst (data source: Sci-finder, retrieved on October, 12 2015) [6] .3 Potential polytopic organic acids as linkers in MOFs [6].4 Coordination geometries of transition metal ions [6] .5 Examples of SBUs from carboxylate MOFs. O, red; N, green; C, black [27] .6 The values in parentheses represent the pore volume (cm3.g-1) of these materials [29].7 Aspects of crystallization in synthesis of solid compounds [32].10 View of the structure of MIL-68(In) along the c axis [42] .11 View of a chain of InO4(OH)2 octahedra in MIL-68(In) [42] .12 The structures of MOF-235 (Fe, blue; O, red; Cl, teal; C, gray) [53] .13 Inorganic and organic building units used to assemble MOF-235: (a) oxygen-centered iron-carboxylate trimer (Fe, blue;O, red; C, gray) shown in ball-and- stick and polyhedral representations of trigonal prismatic geometry (blue) and (b) ditopic links, 1,4-benzenedicarboxylate (BDC) [53] .14 The basic unit of MOF-235 in solvent (a) and activated (b) [53] .15 Organization of the two orthogonally interpenetrated trigonal bipyramidalbuilding units of of Fe3O(BPDC)3 [45].16 Proposed mechanisms for the Strecker reaction catalyzed by In-MOF [65] .17 Some biologically active heterocycles containing 3-aryl substituted imidazopyridines [86-88] .18 Selected bioactive agents containing the poly-arylated pyridine structure [95, 96].19 Selected examples of Į-acyloxy ethers [103] .1 X-ray powder diffractograms of the MIL-68(In).2 SEM and TEM micrograph of the MIL-68(In).3 TGA analysis of the MIL-68(In).4 Pore size distribution of the MIL-68(In).5 FT-IR spectrum of terephthalic acid (a), and the MIL-68(In) (b) .6 Nitrogen adsorption/desorption isotherm of the MIL-68(In).
Adsorption data are shown as closed circles and desorption data as open circles .7 X-ray powder diffractograms of the MOF-235 .8 SEM and TEM micrograph of the MOF-235, respectively .9 TGA analysis of the MOF-235 .10 Pore size distribution of the MOF-235 .11 FT-IR spectrum of 1,4-benzenedicarboxylic acid (a), and MOF-235 (b) .12 Nitrogen adsorption/desorption isotherm of the MOF-235. Adsorption data are shown as closed circles and desorption data as open circles.13 Powder X-ray diffractograms of the Fe3O(BPDC)3.14 SEM and TEM micrograph of the Fe3O(BPDC)3 .15 TGA analysis of the Fe3O(BPDC)3 .16 FT-IR spectrum of ¶-biphenyldicarboxylic acid (a), and the Fe3O(BPDC)3(b).17 Pore size distribution of the Fe3O(BPDC)3.18 Nitrogen adsorption/desorption isotherm of the Fe3O(BPDC)3. Adsorption data are shown as closed triangles and desorption data as open triangles .19 Yields of 2-nitro-3-phenylimidazo[1,2-a]pyridine at varied temperatures64 Figure 3.20 Yields of 2-nitro-3-phenylimidazo[1,2-a]pyridine at various catalyst amounts .21 Yields of 2-nitro-3-phenylimidazo[1,2-a]pyridine with diverse reactant mole proportions .22 Yields of 2-nitro-3-phenylimidazo[1,2-a]pyridine in miscellaneous solvents.23 Yields of 2-nitro-3-phenylimidazo[1,2-a]pyridine with different co- catalysts .24 Yields of 2-nitro-3-phenylimidazo[1,2-a]pyridine at varied co-catalyst quantities .25 Yields of 2-nitro-3-phenylimidazo[1,2-a]pyridine at diverse 2- aminopyridine concentrations .26 Leaching assessment showed that 2-nitro-3-phenylimidazo[1,2-a]pyridine was not generated in the absence of the solid catalyst .27 Yields of 2-nitro-3-phenylimidazo[1,2-a]pyridine with miscellaneous homogeneous catalysts .28 Yields of 2-nitro-3-phenylimidazo[1,2-a]pyridine with miscellaneous MOF-based catalysts .29 TEMPO test showing that the reaction could not proceed in the presence ix of radical trapping reagent.30 Argon test indicating that the reaction could proceed in dichloroethane under argon.31 Argon test indicating that yield was adjusted by the amount of dichloroethane .33 X-ray powder diffractograms of the new (a) and recovered (b) catalyst .34 FT-IR spectrum of the new (a) and recovered (b) catalyst .35 Yield of 2,4-diphenylpyridine vs temperature .36 Yield of 2,4-diphenylpyridine vs reactant molar ratio.37 Yield of 2,4-diphenylpyridine vs solvent.38 Yield of 2,4-diphenylpyridine vs oxidant .39 Yield of 2,4-diphenylpyridine vs oxidant amount .40 Yield of 2,4-diphenylpyridine vs catalyst quantity .41 Leaching test verified that 2,4-diphenylpyridine was not generated in the absence of the iron-organic framework catalyst.42 Yield of 2,4-diphenylpyridine vs heterogeneous catalysts .43 Yield of 2,4-diphenylpyridine vs homogeneous catalysts .44 Yield of 2,4-diphenylpyridine in the presence of radical scavengers .45 Catalyst recycling studies.46 FT-IR spectrum of the fresh (a) and recovered (b) catalyst .47 X-ray powder diffractograms of the fresh (a) and recovered (b) catalyst .48 Conversion and selectivity vs reaction time .49 Yields of 1,4-dioxan-2-yl 4-methoxybenzoate vs temperature .50 Yields of 1,4-dioxan-2-yl 4-methoxybenzoate vs catalyst concentration 105 Figure 3.51Yields of 1,4-dioxan-2-yl 4-methoxybenzoate vs 4-methoxybenzoic acid:1,4-dioxane molar ratio .52 Yields of 1,4-dioxan-2-yl 4-methoxybenzoate vs oxidant.53 Yields of 1,4-dioxan-2-yl 4-methoxybenzoate vs oxidant quantity .54 Yields of 1,4-dioxan-2-yl 4-methoxybenzoate vs homogeneous catalysts .55 Yields of 1,4-dioxan-2-yl 4-methoxybenzoate vs heterogeneous catalysts .56 Leaching experiment revealed that 1,4-dioxan-2-yl 4-methoxybenzoate was not generated in the absence of the solid catalyst .57 Yield of 1,4-dioxan-2-yl 4-methoxybenzoate in the presence of pyridine .58 Yield of 1,4-dioxan-2-yl 4-methoxybenzoate under air and under argon112 Figure 3.59 Catalyst recycling investigation for the direct esterification of 4- methoxybenzoic acid with 1,4-dioxane.60 XRD results of the new (a) and reutilized (b) catalysts .61 FT-IR results of the new (a) and reutilized (b) catalysts .114 xi LIST OF SCHEMES Scheme 1.1 The synthesis of 4-(1,3-diphenylprop-2-ynyl)morpholine via C±H bond activation using the MIL-68(In) catalyst [68] .
Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ
Câu hỏi thường gặp
Luận án "Luận án tiến sĩ công nghệ hóa hữu cơ application of mil 68 i" nghiên cứu về vấn đề gì?
Tài liệu: Luận án tiến sĩ công nghệ hóa hữu cơ application of mil 68 in fe3o bpdc3 mof 235 as catalysts for c n and c o bond forming reactions. Tải miễn phí tại
Luận án "Luận án tiến sĩ công nghệ hóa hữu cơ application of mil 68 i" được bảo vệ tại trường nào?
Luận án này được bảo vệ tại Ho Chi Minh City University of Technology. Năm bảo vệ: 2020.
Luận án "Luận án tiến sĩ công nghệ hóa hữu cơ application of mil 68 i" thuộc chuyên ngành gì?
Luận án "Luận án tiến sĩ công nghệ hóa hữu cơ application of mil 68 i" thuộc chuyên ngành Organic Chemical Technology. Danh mục: Hóa Hữu Cơ.
Luận án "Luận án tiến sĩ công nghệ hóa hữu cơ application of mil 68 i" có bao nhiêu trang?
Luận án "Luận án tiến sĩ công nghệ hóa hữu cơ application of mil 68 i" có 240 trang. Bạn có thể xem trước một phần tài liệu ngay trên trang web trước khi tải về.
Cách tải luận án "Luận án tiến sĩ công nghệ hóa hữu cơ application of mil 68 i" về máy như thế nào?
Để tải luận án về máy, bạn nhấn nút "Tải xuống ngay" trên trang này, sau đó hoàn tất thanh toán phí lưu trữ. File sẽ được tải xuống ngay sau khi thanh toán thành công. Hỗ trợ qua Zalo: 0559 297 239.