Upload
greta
View
33
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
TÁMOP-4.2.2/08/1/2008-0012. Klórozott szénhidrogének dehalogénezése reduktív módszerekkel. Joó Ferenc DE Fizikai Kémiai Tanszék MTA-DE Homogén Katalízis Kutatócsoport. TÁMOP-4.2.2/08/1/2008-0012. Triklór-etilén (TCE) lépcsőzetes dehalogénezése hidrogénezéssel. - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
Joó Ferenc
DE Fizikai Kémiai TanszékMTA-DE Homogén Katalízis Kutatócsoport
TÁMOP-4.2.2/08/1/2008-0012
Klórozott szénhidrogének dehalogénezése reduktív módszerekkel
TÁMOP-4.2.2/08/1/2008-0012
1,1-DCE
cisz-1,2-DCE
transz-1,2-DCE
vinil-klorid eténTCE
ClCl
Cl H
Cl
Cl H
Cl
Cl H
H
H
H
Cl
H
H
H
ClCl
HH
HH
H
H2 H2H2
Triklór-etilén (TCE) lépcsőzetes dehalogénezése hidrogénezéssel
(a reakcióegyenlet csak a telítetlen termékeket mutatja)
Új katalizátorok szükségesek!
TÁMOP-4.2.2/08/1/2008-0012
Rh(I)-, Pd(II)- és Ni(II)-komplexek szulfonált szalén ligandummal (+ elméleti kémiai számítások )
Poli(vinil-pirrolidon)-nal (PVP) stabilizált nanoméretű fémkolloid katalizátorok
N-Heterociklusos karbének komplexei
Hidrodehalogénezés Pd/C katalizátorral H-Cube mikrofluidikai reaktorban
Az előadás témakörei
Következtetések
Redukció elemi vassal (ZVI)
Hidrogén fejlesztés és tárolás
TÁMOP-4.2.2/08/1/2008-0012
ártalmatlanított szénhidrogén
halogénezettszénhidrogén
katalizátorokvizes oldata
hidrogéngáz
Halogénezett szénhidrogének lebontása homogénkatalitikus hidrogénezéssel
TÁMOP-4.2.2/08/1/2008-0012
Szalénkomplexek előállítása
NaO3S OH
N N
OH SO3Na NaO3S O
N N
O SO3Na[Metal salt]
Reflux M
Fémsók Körülmények % Hozam Szín NiCl2 EtOH-H2O (2:1), 1 h reflux 98
RhCl3 Metanol, 48 h reflux 77
TÁMOP-4.2.2/08/1/2008-0012
70
80
90
100
110
Cl
5 mmol1 h, 5 bar
100 mmol12 h, 5 bar
50 mmol4 h, 5 bar
% Conversion TOF
% C
onve
rsion
50 mmol4 h, 1 bar
800
1200
1600
2000
2400
TOF (h -1)
Cl[Ni]
0.005 mmol Cat., 5 mL H2O, 10 mL heptán, T = 80 C
Ciklohexil-klorid dehalogénezése vízoldható Ni-szalén katalizátorral
TÁMOP-4.2.2/08/1/2008-0012
NH
NH
OH HONaO3S SO3Na
N N
OH HONaO3S SO3Na
NaBH4
etanol, rt
Hidrogénezett szulfoszalén (HSS) szintézise
N N
OH HO
NH
NH
OH HO
NaBH4
etanol, rt
Óleum, rtNH
NH
O ONaO3S SO3Na
M
TÁMOP-4.2.2/08/1/2008-0012
Hidrogénezett szulfoszalén (HSS)röntgendiffrakciós szerkezete
TÁMOP-4.2.2/08/1/2008-0012
H2 aktiválása PdIISS és NiIIHSS komplexekkel; DFT számítások
TÁMOP-4.2.2/08/1/2008-0012
2,82 Å 1,60 Å
1,63 Å
2,15 Å
ΔG# (kcal/mol)
szubsztrátum PdIISS RhIIISS NiIIHSS
C2Cl4 +30,5 +17,5
CCl4 +49,8 + 64,8 +40,0
CCl4 dehalogénezés átmeneti állapota
TÁMOP-4.2.2/08/1/2008-0012
R4
R3
R4
R3
R4
R3
R4
R3a
b
c
R2
R1
OH
R2
R1
O
R2
R1
OH
R1
O
Allil-alkoholok redox izomerizációjaPd(HSS) katalizátorral
1,25·10-6 mol katalizátor, 0,25·10-3 mol szubsztrátum, 3 ml 0,2 M foszfát puffer pH = 6,05, 5 bar H2, 80°C, 60 perc.
TÁMOP-4.2.2/08/1/2008-0012
dehalogénezett szénhidrogén
halogénezettszénhidrogén
hidrogéngáz
Pd, Ni, Rh-Ru PVP katalizátorPVP: polivinilpirrolidon
nanokatalizátorokvizes szuszpenziója
Dehalogénezés nanoméretű fémekkel katalizált hidrogénezéssel
TÁMOP-4.2.2/08/1/2008-0012
M = 24.000 - 360.000
Poli(N-vinil-pirrolidon)(CH2 CH)n
NO
PVP-stabilizált kolloidok
Pd-solPVP, EtOH
refluxPd(OAc)2
Pd-PVP 4,7 % Pd 6-40 nmRh-PVP 7,7 % Rh 73-87 nmPdRh-PVP 10,9 % Pd 24-46 nm
2,4 % RhPdRh-PVPP 0,38 % Pd hordozós
0,57 % Rh
Nanoméretű fémkolloid hidrogénező katalizátorok
TÁMOP-4.2.2/08/1/2008-0012
Poli(vinil-pirrolidon)nal stabilizált nanoméretű fémporok, M-PVP; (M=Ni, Rh, Pd-Ni, Pd)
Pd-PVP un. szól-gél módszerrel üvegbe zárva (heterogenizálva)
TÁMOP-4.2.2/08/1/2008-0012
Si(OMe)4 + H2O/MeOH
hidrolíziskondenzáció
kolloid oldat (szóll)
gél
szól-gél átalakulás
megszilárdulásüveg, kerámiabezárt katalizátorral
Pd-PVP
Katalizátorok heterogenizálása szól-gél módszerrel
H. Sertchook, D. Avnir, J. Blum, F. Joó. Á. Kathó, H. Schumann, R. Weimann, S. Wernik, J. Mol. Catal., 1996, 108, 153-160 ( [{RuCl2(mtppms)2}2] katalizátor szól-gél rögzítése).
Pd-PVP@üveg
TÁMOP-4.2.2/08/1/2008-0012
Vizsgált reakciók
Analízis: Hewlett Packard 5890 Series II gázkromatográf
Cl
CH3
Cl
Kat.
Benzil-klorid
Klór-benzol
Víz/heptán
Víz/heptán
H2,
-HCl
Kat.H2,
-HCl
Kísérleti berendezés
0
20
40
60
80
100
0 50 100 150 200
Kon
verz
ió (%
)
Idő (perc)
Körülmények: 3 cm3 heptán, 0,5 mmol klór-benzol (50,7 μl), 0,5 mmol dekán (97,5
μl), 5 cm3 víz, 0,005 mmol Pd-PVP, T=60ºC, P(H2)= 2 bar
0,5 mmol szubsztrát T=60ºCP(H2)= 2 bar
Klór-benzol hidrodehalogénezése Pd-PVP katalizátorral
TÁMOP-4.2.2/08/1/2008-0012
TÁMOP-4.2.2/08/1/2008-0012
Automata berendezés hidrodehalogénezés követésére
TÁMOP-4.2.2/08/1/2008-0012
Reakcióedény pH-sztatikus hidrodehalogénezéshez
0
0,5
1
1,5
2
2,5
0 1000 2000 3000 4000 5000
lúg
(mL)
idő (s)
10 mg 1mmol5 mg 1 mmol3 mg 0.5 mg1 mg2 mg
TÁMOP-4.2.2/08/1/2008-0012
Körülmények: 3 cm3 heptán, 1mmol benzil-klorid, 1mg/ml Pd-PVP törzsoldat, foly. H2 áramlás,
lúg: 0,5 M KOH, T= 25 ºC, pH= 4,6 a kiindulási pH tartása
1mmol szubsztrátT= 25 ºCFoly.H2 áramlás
Benzil-klorid pH-sztatikus hidrogénezése
TÁMOP-4.2.2/08/1/2008-0012
Brómbenzol hidrodehalogénezése üvegbe zárt Pd-PVP katalizátorral.
A katalizátor ismételt felhasználása
BrPd-PVP@üveg
H2, 40oC, 1 h, etanol5 mmol C6H5Br, 0.005 mmol Pd
+ HBr
Ciklus Konverzió (%) 1 8.7 2 8.9 3 9.7 4 8.0
TÁMOP-4.2.2/08/1/2008-0012
C2HCl3 + 4Fe0 + 5H+ = C2H6 + 4Fe2+ + 3Cl-
C2Cl4 + 5Fe0 + 6H+ = C2H6 + 5Fe2+ + 4Cl-
Reduktív dehalogénezés elemi vassal(ZVI)
*Liu et al., Environ. Sci. Technol. 2005, 39, 1338-1345.
ZVI előállítása
FeSO4 Fe0NaBH4
H2O/MeOHr.t.
Stabilizátor: nincs*, felületaktív anyagok, PVP, cyclodextrinek
TÁMOP-4.2.2/08/1/2008-0012
Reductant R. time(h)
0,2 g Fe 95 14,5% 85,5% 100% 0% 96% 4%
0,2 g Pd/Fe* 95 20% 80% 100% 0% 1% 99%
0,6 g Fe 48 18% 82,0% 100% 0% 7% 93%
CH2Cl CH3
Br
OO
Br
Szerves halogénszármazékok dehalogénezése zérus oxidációs fokú vassal (ZVI)
Körülmények: 9 mL víz, 33 mg Br-acetofenon, 25 mL Br-ciklohexán, 23 mL benzil-klorid, argon, r.t. A vasat szonikálással diszpergáltuk.
*1 mol% Pd
TÁMOP-4.2.2/08/1/2008-0012
ártalmatlanított szénhidrogén
Halogénezett szénhidrogén
Ciklodextrinennel stabilizált nano-méretű elemi vas
víz Fe
Halogénezett szénhidrogének reduktív lebontása nanovassal történő reakcióban
C2HCl3 + 4 Fe0 + 5 H+ = C2H6 + 4 Fe2+ + 3 Cl-
TÁMOP-4.2.2/08/1/2008-0012
Benzil-klorid reduktív dehalogénezése toluollá ciklodextrinnel stabilizált vas nanorészecskékkel
Fe (mg) RAMEB (mg) Toluol (%)
300 0 81300 300 91
301* 0 75300* 300 82
Reakcióidő: 42 óra, T = szobahőmérsékletRAMEB = statisztikusan metilezett béta-ciklodextrin* két hét tárolás után (Ar)
TÁMOP-4.2.2/08/1/2008-0012
Elektrolitikus hidrogénfejlesztésMax. 100°C and 100 barKatalizátor töltetek (CatCart)
Dehalogénezés H-CubeR átáramlásos hidrogénező reaktorban
Termék
H-CubeR :
a ThalesNano Nanotechnology Inc., Budapest, gyártmánya
TÁMOP-4.2.2/08/1/2008-0012
Cl
katalizátorH2
+ HCl
Br
Br
BrH2 H2
kat.kat.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
0,3 0,5 0,7 0,9 1 1,2 2
váramlás (ml/min)
Öss
zeté
tel (
%)
Benzol
Brómbenzol
Dibrómbenzol0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
30 °C 40 °C 50 °C 60 °C 70 °C 80 °C 90 °C
T (°C)
Kon
verz
ió
60 bar
90 bar
1 bar, 65 oC, etanol
V(áramlás)= 1 ml/perc, etanol
Katalizátor: 10% Pd/C
Dehalogénezés H-CubeR reaktorban 10% Pd/C katalizátoron
TÁMOP-4.2.2/08/1/2008-0012
Vízoldható N-heterociklusos karbénkomplexek
A dehalogénezésen túl, 1.
TÁMOP-4.2.2/08/1/2008-0012
N-Heterociklusos karbén-komplexek
NN
HR R'
+X -
- H+ NNR R'..
+ X -
+ M
L
NNR R'
M
B..
+ L
TÁMOP-4.2.2/08/1/2008-0012
N N
CH3
H3C CH3 H3C CH3
N N
CH3
H3C CH3
H3C
H3CCH3
SO3NaNaO3S
Cl-
Cl-+
+
oleum/H2SO4
4:1, 0°C
H H
H
H
HIMes HCl
szIMes HCl
Vízoldható szulfoarilimidazólium sók előállításaközvetlen szulfonálással
TÁMOP-4.2.2/08/1/2008-0012
347.01
8
347.51
9
348.01
6
348.51
8
349.01
6
347.01
4
347.51
6
348.01
3
348.51
4
349.01
2
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.25x10
Intens.
0
500
1000
1500
2000
345 346 347 348 349 350 351 m/z
347.01
8
347.51
9
348.01
6
348.51
8
349.01
6
347.01
4
347.51
6
348.01
3
348.51
4
349.01
2
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.25x10
Intens.
0
500
1000
1500
2000
345 346 347 348 349 350 351 m/z
[AuCl(szulfoIMes)] ESI-TOF-MS spektrum; észlelt/számított izotóp eloszlás
N N SO3NaNaO3S
Au
Cl
ESI-TOF-MSobserved m/z 347.018
[M-2Na]2-
( C21H22N2O6S2)AuCl
calculated m/z 347.014
TÁMOP-4.2.2/08/1/2008-0012
Au - NHC
MeOH/H2O, reflux
O
CH3
Fenilacetilén hidratálása Au(I)-NHC katalizátorral
Terminális alkinek hidratálása Na2[Au(sSIMes)Cl] katalizátorral
alkin H2SO4(mol%) T (min) konv.(%) TOF(h-1)
1 phenylacetylene - 30 12 240
2 phenylacetylene - 90 45 300
3 phenylacetylene 10 30 99 1980
4 4-ethynyl-toluene - 30 30 600
5 4-ethynyl-toluene - 90 64 349
6 4-ethynyl-toluene 10 30 99 1980
7 4-ethynyl-anisole - 30 53 1060
8 4-ethynyl-anisole - 90 91 606
9 4-ethynyl-anisole 10 30 99 1980Conditions: 5 mmol alkin, 0,005 mmol 4h, 2,5 mL MeOH, 2,5 mL H2O vagy 2,5 mL 0,2 M H2SO4, reflux.
N N SO3NaNaO3S
Au
Cl
4h
Csilla Enikő Czégéni, Gábor Papp, Ágnes Kathó, Ferenc Joó:Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, 2011, 340, 1-8.
TÁMOP-4.2.2/08/1/2008-0012
Hidrogén tárolás és fejlesztés
NaHCO3 + H2 NaHCO2 + H2O
katalizátor, pl. RuCl2(P)3
A dehalogénezésen túl, 2.
TÁMOP-4.2.2/08/1/2008-0012
Ciklikus bikarbonát hidrogénezés (a) és formiát bontás (b)
TÁMOP-4.2.2/08/1/2008-0012
Hidrogén elnyelődés vizes bikarbonát oldatban és hidrogén fejlődés formiát oldatból. Mindkét folyamatot ugyanaz a vízoldható RuX2P3 katalizátor segíti elő nagy ill. kis nyomáson.
Gábor Papp, Jenő Csorba, Gábor Laurenczy, Ferenc Joó: Angewandte Chemie Int. Ed. 2011, 50, 10433-10435.
TÁMOP-4.2.2/08/1/2008-0012
Eredmények, következtetések
A reduktív módszerek közül –további fejlesztés után- gyakorlati alkalmazásra tarthat számot: a) hidrogénezés szilárd mátrixba rögzített Pd-PVP nanokolloidokkal (szól-gél) b) redukció elemi vassal
Tudományosan érdekes eredményeket értünk el és további vizsgálatra érdemesek: a) energiatároló rendszerek b) hidrogénezett szulfoszalén komplexei c) vízoldható N-heterociklusos karbénkomplexek
Almássy, Ambroz Bakos Mónika
Barczáné Bertók Ágnes,Basu, Susmit
Czégéni Csilla EnikőDemendi Tünde
Erli HenriettaGombos Réka
Győrváriné Horváth HenriettaHorváth H. Henrietta
Horváthné Csajbók Éva Kathó ÁgnesŐsz Katalin
Papp GáborPurgel MihálySzatmári Imre
Torma KrisztiánUdvardy Antal
Voronova Krisztina
TÁMOP-4.2.2/08/1/2008-0012
Résztvevők
TÁMOP-4.2.2/08/1/2008-0012
TÁMOP-4.2.2/08/1/2008-0012
TÁMOP-4.2.2/08/1/2008-0012
Hidrodehalogénezés PVP-stabilizált fém nanorészecskékkel
TÁMOP-4.2.2/08/1/2008-0012
Nyomásálló üvegreaktor