Luận văn thạc sĩ về chiral zirconium và xúc tác trong phản ứng ghép carbon-carbon

• Tác giả: M. Khoa Dang Nguyen
• Người hướng dẫn: Prof. Stefan Kaskel
• Trường học: Technische Universität Dresden
• Chuyên ngành: Mathematics and Natural Sciences
• Đề tài: Nghiên cứu chiral zirconium trong xúc tác phản ứng ghép carbon-carbon
• Loại tài liệu: dissertation
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Dresden

• Acknowledgements
• Abbreviations
• Table of Contents
• 1. Chapter 1: State of the art
• 1.1. History of metal-organic framework
• 1.2. The art in stable zirconium-based metal-organic frameworks synthesis
• 1.3. Approaching asymmetric catalysis based on Zr-MOFs
• 1.3.1. Enantiopure active sites locating on organic linkers of Zr-MOFs
• 1.3.2. Enantiopure active sites coordinated to inorganic clusters of Zr-MOFs
• 2. Chapter 2: Methods of characterization and Experimental section
• 2.1. Methods of characterization
• 2.1.1. Solid-state nuclear magnetic resonance
• 2.1.2. Chiral high-performance liquid chromatography
• 2.2. Equipment and parameter
• 2.2.1. Powder X-ray diffraction
• 2.2.2. Scanning electron microscope and Energy-dispersive X-ray spectroscopy
• 2.2.3. Inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy
• 2.2.4. Thermal gravimetric analysis
• 2.2.5. Fourier-transform infrared
• 2.2.6. Nuclear magnetic resonance
• 2.2.7. High-performance liquid chromatography
• 2.3. Synthesis of DUT-67 and DUT-67-Pro
• 2.4. Synthesis of DUT-136 and its derivatives
• 2.5. Synthesis of DUT-51
• 2.6. Synthesis of UiO-66
• 2.7. Synthesis of UiO-67
• 2.8. Synthesis of MOF-808
• 2.9. Asymmetric Friedel Craft alkylation
• 2.10. Asymmetric Michael addition reaction
• 2.11. Asymmetric Aldol addition reaction
• 2.12. Nickel-catalyzed asymmetric Michael addition reaction
• 3. Chapter 3: Chiral functionalization of a Zr-MOF (DUT-67) as a solid catalyst in asymmetric Michael addition reaction
• 3.1. Results and discussion
• 4. Chapter 4: Insights into the role of zirconium clusters in proline functionalized Zr-MOF attaining high enantio- and diastereoselectivity in asymmetric Aldol addition reaction
• 4.1. Results and discussion
• 5. Chapter 5: New 1D chiral Zr-MOFs based on in situ imine linker formation for asymmetric C-C coupling reactions
• 5.1. Results and discussion
• 6. Chapter 6: Conclusions and Outlook
• Publications and Presentations

I. Tổng quan về nghiên cứu chiral zirconium trong xúc tác

Nghiên cứu về chiral zirconium trong xúc tác phản ứng ghép carbon-carbon đang thu hút sự chú ý lớn trong lĩnh vực hóa học hữu cơ. Xúc tác phản ứng này không chỉ giúp tăng cường hiệu suất mà còn tạo ra các hợp chất chiral với độ tinh khiết cao. Việc sử dụng zirconium complexes trong các phản ứng này mở ra nhiều cơ hội mới cho việc phát triển các phương pháp tổng hợp hiệu quả hơn.

1.1. Lịch sử và sự phát triển của chiral zirconium

Lịch sử của chiral zirconium bắt đầu từ những năm 1990, khi các nhà nghiên cứu nhận ra tiềm năng của zirconium complexes trong xúc tác. Sự phát triển này đã dẫn đến nhiều ứng dụng trong organometallic chemistry và catalysis.

1.2. Tầm quan trọng của chiral zirconium trong hóa học

Chiral zirconium đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển các phương pháp tổng hợp chiral. Các chiral catalysts này giúp tạo ra các sản phẩm với độ chọn lọc cao, điều này rất cần thiết trong ngành dược phẩm và hóa học fine.

II. Thách thức trong nghiên cứu chiral zirconium và xúc tác

Mặc dù có nhiều tiềm năng, nghiên cứu về chiral zirconium cũng gặp phải nhiều thách thức. Một trong những vấn đề chính là việc tối ưu hóa các điều kiện phản ứng để đạt được hiệu suất cao nhất trong phản ứng ghép carbon-carbon. Ngoài ra, việc phát triển các reaction mechanisms hiệu quả cũng là một thách thức lớn.

2.1. Vấn đề về độ ổn định của xúc tác

Độ ổn định của chiral catalysts là một trong những vấn đề lớn trong nghiên cứu. Các xúc tác này thường dễ bị phân hủy dưới điều kiện khắc nghiệt, ảnh hưởng đến hiệu suất của phản ứng.

2.2. Khó khăn trong việc tổng hợp hợp chất chiral

Tổng hợp các hợp chất chiral từ zirconium complexes thường gặp khó khăn do yêu cầu cao về độ chọn lọc và hiệu suất. Việc tìm kiếm các phương pháp tổng hợp mới là rất cần thiết.

III. Phương pháp nghiên cứu chiral zirconium trong xúc tác

Nghiên cứu về chiral zirconium trong xúc tác phản ứng ghép carbon-carbon sử dụng nhiều phương pháp khác nhau. Các phương pháp này bao gồm việc sử dụng các metal-organic frameworks (MOFs) để tối ưu hóa cấu trúc xúc tác. Sự kết hợp giữa zirconium và các liên kết hữu cơ tạo ra các cấu trúc ổn định và hiệu quả.

3.1. Synthesis of chiral zirconium based MOFs

Quá trình tổng hợp các MOFs dựa trên zirconium thường bao gồm việc sử dụng các liên kết hữu cơ đa chức năng. Điều này giúp tạo ra các cấu trúc có khả năng xúc tác cao trong các phản ứng ghép carbon-carbon.

3.2. Phân tích và đánh giá hiệu suất xúc tác

Việc phân tích hiệu suất của các chiral catalysts được thực hiện thông qua các phương pháp như HPLC và NMR. Những phương pháp này giúp đánh giá độ chọn lọc và hiệu suất của xúc tác trong các phản ứng.

IV. Ứng dụng thực tiễn của chiral zirconium trong xúc tác

Các ứng dụng thực tiễn của chiral zirconium trong xúc tác phản ứng ghép carbon-carbon rất đa dạng. Từ việc sản xuất các hợp chất dược phẩm đến các ứng dụng trong công nghiệp hóa chất, zirconium complexes đã chứng minh được giá trị của mình trong nhiều lĩnh vực.

4.1. Ứng dụng trong ngành dược phẩm

Trong ngành dược phẩm, chiral zirconium được sử dụng để tổng hợp các hợp chất chiral cần thiết cho việc phát triển thuốc mới. Điều này giúp tăng cường hiệu quả và giảm tác dụng phụ của thuốc.

4.2. Ứng dụng trong công nghiệp hóa chất

Ngoài ngành dược phẩm, chiral catalysts cũng được ứng dụng trong sản xuất các hóa chất fine. Việc sử dụng zirconium complexes giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và giảm thiểu lãng phí.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu chiral zirconium

Nghiên cứu về chiral zirconium trong xúc tác phản ứng ghép carbon-carbon đang mở ra nhiều triển vọng mới. Với sự phát triển của công nghệ và phương pháp tổng hợp mới, tương lai của lĩnh vực này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều thành tựu đáng kể. Việc tối ưu hóa các reaction mechanisms và phát triển các chiral catalysts mới sẽ là những hướng đi quan trọng trong nghiên cứu tiếp theo.

5.1. Triển vọng nghiên cứu trong tương lai

Tương lai của nghiên cứu về chiral zirconium sẽ tập trung vào việc phát triển các phương pháp tổng hợp mới và cải thiện độ ổn định của xúc tác. Điều này sẽ giúp mở rộng ứng dụng của chúng trong nhiều lĩnh vực khác nhau.

5.2. Tác động đến ngành công nghiệp hóa học

Sự phát triển của chiral zirconium trong xúc tác sẽ có tác động lớn đến ngành công nghiệp hóa học, giúp cải thiện quy trình sản xuất và tạo ra các sản phẩm chất lượng cao hơn.