EFFICIENT AND REUSABLE Ni-BASED-METAL ORGANIC FRAMEWORK CATALYZED CARBOXYLATION OF HALIDES WITH CO2

Tài liệu Tổng hợp và ứng dụng mof ni-based trong phản ứng carboxylation halide tổng hợp lý thuyết và thực hành, phục vụ học tập ngành

• Tác giả: Trần, Minh Dũng
• Người hướng dẫn: TS. Trương, Vũ Thanh
• Trường học: HCM City University of Technology
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa học
• Đề tài: Efficient and reusable Ni-based-metal organic framework catalyzed carboxylation of halides with CO2
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Ho Chi Minh City

Tóm tắt

I. Tổng Quan Tổng Hợp Ứng Dụng MOF Ni based Xu Hướng Mới

Phenylacetic acid là một hợp chất hữu cơ quan trọng, được sử dụng rộng rãi trong y học, thuốc trừ sâu, chất tạo hương và nhiều lĩnh vực khác. Sự quan tâm đến các hợp chất này xuất phát từ thực tế là một số lượng lớn các phân tử phức tạp như vancomycin, carbenicillin, ibuprofen, diclofenac, lyrica hoặc lipitor, thể hiện các hoạt tính sinh học đáng kể [1]. Đặc biệt, lipitor đứng đầu trong số 200 sản phẩm dược phẩm hàng đầu về doanh số bán hàng trên toàn thế giới năm 2009 [2]. Phenylacetic acid cũng được sử dụng làm chất trung gian trong tổng hợp một số loại thuốc quan trọng, ví dụ, Plavix là một loại thuốc chống tiểu cầu mạnh được Sanofi-Synthelabo ra mắt năm 1997 [3,4]. Tuy nhiên, các phương pháp tổng hợp truyền thống gặp nhiều hạn chế. Do đó, việc nghiên cứu và phát triển các phương pháp mới, hiệu quả hơn, thân thiện với môi trường hơn để tổng hợp phenylacetic acid là vô cùng cần thiết.

1.1. Tầm Quan Trọng của Phenylacetic Acid trong Đời Sống

Phenylacetic acid (PAA) là một khối xây dựng quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp. Từ y học đến nông nghiệp, các dẫn xuất của PAA đóng vai trò then chốt. Ứng dụng trong dược phẩm bao gồm tổng hợp các thuốc điều trị bệnh tim mạch và các bệnh thần kinh. Trong nông nghiệp, PAA được sử dụng làm chất điều hòa sinh trưởng thực vật. Do đó, các phương pháp tổng hợp hiệu quả và bền vững PAA là rất cần thiết cho sự phát triển của nhiều ngành công nghiệp. Theo [1], nhiều phân tử phức tạp có hoạt tính sinh học đáng kể được tổng hợp từ PAA.

1.2. Các Phương Pháp Tổng Hợp Phenylacetic Acid Truyền Thống

Mặc dù có tầm quan trọng lớn, các phương pháp tổng hợp PAA truyền thống thường gặp phải những hạn chế đáng kể. Các phương pháp này thường sử dụng các chất xúc tác độc hại và điều kiện phản ứng khắc nghiệt. Phản ứng Willgerodt-Kindler, carbonylation alkyl halide, và các phản ứng xúc tác Rhodium là những ví dụ điển hình. Tuy nhiên, những phương pháp này thường yêu cầu thời gian phản ứng dài, điều kiện phản ứng nguy hiểm, và quá trình cô lập và tinh chế sản phẩm phức tạp. Do đó, cần có một phương pháp mới, hiệu quả và thân thiện với môi trường hơn để tổng hợp PAA.

II. Thách Thức Hiệu Suất Tính Bền Vững Phản Ứng Carboxylation

Mặc dù các nghiên cứu trên đã đạt được những tiến bộ nhất định, nhưng vẫn còn tồn tại nhiều hạn chế như thời gian phản ứng kéo dài, điều kiện phản ứng khắc nghiệt và khó khăn trong việc cô lập và tinh chế sản phẩm. Do đó, cần có một phương pháp mới và hiệu quả hơn để tổng hợp phenylacetic acid có hoạt tính sinh học trong điều kiện phản ứng ôn hòa và thân thiện với môi trường. Một loạt các nghiên cứu về phản ứng carboxylation sử dụng CO2 làm thuốc thử hóa học rẻ tiền và thân thiện với môi trường đã được Ruben Martin công bố. Đồng thời, phương pháp này vẫn có một số nhược điểm: Không tách được chất xúc tác; Sử dụng PCp3 – một hợp chất phosphor không an toàn và cần được hạn chế vì phosphor độc hại.

2.1. Hạn Chế của Phương Pháp Carboxylation Alkyl Halide Truyền Thống

Phản ứng carboxylation alkyl halide với CO2 là một hướng đi đầy hứa hẹn, nhưng vẫn còn nhiều thách thức cần vượt qua. Các phương pháp xúc tác đồng thể thường gặp khó khăn trong việc tách và tái sử dụng chất xúc tác. Ngoài ra, việc sử dụng các phối tử phosphor độc hại là một vấn đề đáng lo ngại. Do đó, cần có một giải pháp thay thế bền vững hơn, thân thiện với môi trường hơn và dễ dàng tái sử dụng.

2.2. Tại Sao Cần Vật Liệu MOF Ni based Xúc Tác Dị Thể

Việc sử dụng vật liệu Metal-Organic Framework Ni-based làm chất xúc tác dị thể trong phản ứng carboxylation halide với CO2 được xem là một giải pháp tiềm năng để giải quyết các vấn đề trên. MOF Ni-based có diện tích bề mặt lớn, độ xốp cao và khả năng tùy chỉnh cấu trúc linh hoạt. Điều này cho phép chúng trở thành những chất xúc tác hiệu quả và có thể tái sử dụng trong nhiều phản ứng hóa học khác nhau.

III. Giải Pháp Ứng Dụng MOF Ni based Cho Phản Ứng Carboxylation Halide

Các khung hữu cơ kim loại (MOF) là vật liệu tinh thể lai có các nút dựa trên kim loại được kết nối bằng các liên kết hữu cơ. Vật liệu MOF sở hữu một số đặc tính cụ thể như độ xốp cao, diện tích bề mặt lớn, độ bền hóa học và vật lý cao. Chúng hữu ích trong lưu trữ khí, tách khí/hơi dựa trên hấp phụ, xúc tác chọn lọc hình dạng/kích thước, lưu trữ và phân phối thuốc, và làm khuôn cho quá trình điều chế vật liệu có chiều thấp. Được xuất bản bởi Giáo sư Yaghi vào cuối những năm 1990 và được các nhà hóa học từ khắp nơi trên thế giới công nhận, 20 năm sau, gần 13000 MOF đã được tổng hợp thành công [12].

3.1. Giới Thiệu Về Metal Organic Frameworks MOFs

Metal-Organic Frameworks (MOFs) là một lớp vật liệu mới đầy hứa hẹn với cấu trúc độc đáo và khả năng ứng dụng rộng rãi. Với cấu trúc xốp, diện tích bề mặt lớn, và khả năng tùy chỉnh cấu trúc, MOFs đang thu hút sự quan tâm lớn từ cộng đồng khoa học. Các ứng dụng tiềm năng của MOFs bao gồm lưu trữ khí, tách khí, xúc tác, cảm biến và nhiều lĩnh vực khác.

3.2. Cấu Trúc và Tính Chất Ưu Việt của MOF Ni based

MOF Ni-based kết hợp những ưu điểm của MOFs với hoạt tính xúc tác của niken. Cấu trúc của MOF Ni-based có thể được điều chỉnh để tối ưu hóa hoạt tính xúc tác và độ chọn lọc của phản ứng. Các tính chất như diện tích bề mặt, kích thước lỗ xốp và tính chất hóa học bề mặt có thể được điều chỉnh để phù hợp với từng loại phản ứng cụ thể. Niken đóng vai trò là trung tâm hoạt động xúc tác, trong khi khung MOF cung cấp một môi trường ổn định và có trật tự cho phản ứng.

IV. Phương Pháp Tổng Hợp MOF Ni2 BDC 2 DABCO Tối Ưu Phản Ứng

Việc sử dụng liên kết Benzen-1,4-dicarboxylic acid (H2BDC) và phối tử 1,4- diazabicyclo(2.2) octane (DABCO) để tổng hợp Ni2(BDC)2(DABCO) đã được thực hiện bằng phương pháp nhiệt dung môi. Cấu trúc của vật liệu này được đặc trưng bằng cách sử dụng một số kỹ thuật khác nhau, bao gồm nhiễu xạ tia X bột (XRD), kính hiển vi điện tử quét (SEM), kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM), phân tích nhiệt trọng lực (TGA), phép đo phổ hồng ngoại chuyển đổi Fourier (FT-IR), phân tích plasma ghép nối cảm ứng (ICP) và đo vật lý hấp phụ nitơ. Ni2(BDC)2(DABCO) được sử dụng làm chất xúc tác dị thể cho phản ứng carboxyl hóa trực tiếp benzyl bromide với CO2.

4.1. Quy Trình Tổng Hợp Vật Liệu MOF Ni2 BDC 2 DABCO Hiệu Quả

Phương pháp nhiệt dung môi được sử dụng để tổng hợp MOF Ni2(BDC)2(DABCO) sử dụng liên kết Benzen-1,4-dicarboxylic acid (H2BDC) và phối tử 1,4-diazabicyclo(2.2) octane (DABCO). Quá trình tổng hợp được tối ưu hóa để tạo ra vật liệu có độ tinh khiết cao và cấu trúc tinh thể tốt. Các thông số như nhiệt độ, thời gian phản ứng và tỷ lệ mol của các chất phản ứng được kiểm soát chặt chẽ để đảm bảo hiệu quả tổng hợp.

4.2. Các Kỹ Thuật Đặc Trưng Cấu Trúc và Tính Chất MOF Ni2 BDC 2 DABCO

Cấu trúc và tính chất của MOF Ni2(BDC)2(DABCO) được xác định bằng nhiều kỹ thuật khác nhau, bao gồm nhiễu xạ tia X bột (XRD), kính hiển vi điện tử quét (SEM), kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM), phân tích nhiệt trọng lực (TGA), phổ hồng ngoại chuyển đổi Fourier (FT-IR), và đo vật lý hấp phụ nitơ. Các kết quả cho thấy vật liệu có cấu trúc tinh thể cao, diện tích bề mặt lớn, và độ xốp cao.

V. Ứng Dụng Phản Ứng Carboxylation Benzyl Bromide Với MOF Ni based

Một số yếu tố cần thiết bao gồm dung môi, nhiệt độ, lượng chất xúc tác, loại chất xúc tác và lượng chất khử đã được nghiên cứu. Trong thử nghiệm chiết tách, chất xúc tác đã được tách ra một cách dễ dàng khỏi phản ứng bằng cách ly tâm. Khả năng tái sử dụng chất xúc tác cũng đã được kiểm tra cụ thể và phản ứng có thể được sử dụng lại nhiều lần mà không làm giảm đáng kể hoạt tính xúc tác. Các sản phẩm được xác nhận bằng 1H NMR và 13C NMR. Theo hiểu biết tốt nhất của chúng tôi, không có báo cáo trước đây nào về phản ứng carboxyl hóa halogenua bằng CO2 dưới xúc tác MOF.

5.1. Tối Ưu Hóa Điều Kiện Phản Ứng Carboxylation Với MOF Ni based

Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất phản ứng carboxylation benzyl bromide với CO2 sử dụng MOF Ni-based làm chất xúc tác đã được nghiên cứu một cách có hệ thống. Các yếu tố này bao gồm dung môi, nhiệt độ, lượng chất xúc tác, và lượng chất khử. Kết quả cho thấy việc tối ưu hóa các điều kiện này có thể cải thiện đáng kể hiệu suất và độ chọn lọc của phản ứng.

5.2. Khả Năng Tái Sử Dụng Độ Bền Của MOF Ni based Trong Xúc Tác

Khả năng tái sử dụng và độ bền của MOF Ni-based là một yếu tố quan trọng để đánh giá tính khả thi của ứng dụng này. Các thử nghiệm đã chứng minh rằng MOF Ni-based có thể được tái sử dụng nhiều lần mà không làm giảm đáng kể hoạt tính xúc tác. Điều này cho thấy MOF Ni-based là một chất xúc tác bền và hiệu quả cho phản ứng carboxylation halide với CO2.

VI. Kết Luận MOF Ni based Tiềm Năng Cho Tương Lai Xúc Tác Xanh

MOFs sử dụng liên kết imidazole được gọi là ZIF (khung imidazolate zeolitic) sở hữu độ bền nhiệt tốt (trên 600oC) [27]. Điều này hứa hẹn một cơ hội lớn để cải thiện độ bền nhiệt của MOF bằng cách sửa đổi các liên kết hoặc cấu trúc chiều. Hơn nữa, phần lớn MOF không thể xử lý với phạm vi pH rộng. Với điều kiện các liên kết mạnh mẽ, sự ổn định hóa học này phụ thuộc vào sự phối hợp cation [28]. Một vấn đề MOFs khác liên quan đến độ nhạy cảm với độ ẩm của chúng [29-32]. Tuy nhiên, nhược điểm này có thể được cải thiện bằng cách sử dụng các nhóm chức năng thích hợp trong cấu trúc MOFs [33].

6.1. Tổng Kết Ưu Điểm Của MOF Ni based Trong Phản Ứng Carboxylation

MOF Ni-based mang lại nhiều ưu điểm vượt trội trong phản ứng carboxylation halide với CO2 so với các chất xúc tác truyền thống. Chúng bao gồm hoạt tính xúc tác cao, độ chọn lọc tốt, khả năng tái sử dụng, độ bền và tính thân thiện với môi trường. Điều này làm cho MOF Ni-based trở thành một lựa chọn đầy hứa hẹn cho các ứng dụng xúc tác xanh.

6.2. Hướng Nghiên Cứu Phát Triển MOF Ni based Trong Tương Lai

Mặc dù đã đạt được những tiến bộ đáng kể, vẫn còn nhiều hướng nghiên cứu và phát triển tiềm năng cho MOF Ni-based trong tương lai. Điều này bao gồm việc phát triển các MOF Ni-based mới với cấu trúc và tính chất được tối ưu hóa, nghiên cứu cơ chế phản ứng chi tiết, và mở rộng phạm vi ứng dụng của MOF Ni-based trong các phản ứng hóa học khác.

Trích đoạn nội dung tài liệu

VIETNAM NATIONAL UNIVERSITY HOCHIMINH CITY HCM City University of Technology MINH-DUNG TRAN EFFICIENT AND REUSABLE Ni-BASED-METAL ORGANIC FRAMEWORK CATALYZED CARBOXYLATION OF HALIDES WITH CO2 Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa học Mã ngành: 60 52 03 01 Ho Chi Minh City, July , 2016 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học :. (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 1 :. (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 2 :. (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) 1. Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có). CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA………… 3 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Trần Minh Dũng MSHV: 13051165 Ngày, tháng, năm sinh: 18-11-1991 Nơi sinh: Tây Ninh Chuyên ngành: Kỹ Thuật Hóa Học Mã số : 60. TÊN ĐỀ TÀI: Efficient and reusable Ni-based-metal organic framework catalyzed carboxylation of halides with CO2 II.

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: • Tổng hợp và khảo sát cấu trúc vật liệu MOF Ni2(BDC)2(DABCO) • Khảo sát tối ưu phản ứng carboxylation benzyl bromide III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : (Ghi theo trong QĐ giao đề tài): 19/01/2015 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: (Ghi theo trong QĐ giao đề tài): 17/06/2016 V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi rõ học hàm, học vị, họ, tên) : TS.

Trương Vũ Thanh GS. Phan Thanh Sơn Nam Tp. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký) TRƯỞNG KHOA….……… (Họ tên và chữ ký) 2 Acknowledgement A completed study would not be done without any assistance. Therefore, I conducted this research gratefully gives acknowledgement to their support and motivation during the time of doing this research as a requirement of completing Master of Science Thesis.

First of all, I would like to express my endless thanks and gratefulness to my supervisor Dr. Truong Vu Thanh, Prof. Phan Thanh Son Nam and Tran Duc Thien. Their kindly support and continuous advice went through the process of completion of my thesis.

Their encouragement and comments had significantly enriched and improved my work. Without their motivation and instructions, the thesis would have been impossible to be done effectively: So far, I would like to thanks to groups who took charge in the process of data collection and data entry for doing this research as a part of the project.I would like to state my thanks to Bach Khoa University where supported financial for the project and provided me scholarship to pursuing and completing my degree.My special thanks approve to my parents for their endless love, care and have most assistances and motivation me for the whole of my life. As last, my deeply thanks come to all my friends during time I study in Bach Khoa University. Ho Chi Minh City, July , 2016 Trần Minh Dũng 4 ABSTRACT The utilization of linker Benzen-1,4-dicarboxylic acid (H2BDC) and ligand 1,4- diazabicyclo(2.2) octane (DABCO) for the synthesis of Ni2(BDC)2(DABCO) was implemented by solvothermal method.

The structure of this materials were characterized by using several various techniques, including X-ray powder diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), thermogravimetric analysis (TGA), fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), inductively coupled plasma (ICP) analysis, and nitrogen physisorption measurements. The Ni2(BDC)2(DABCO) was used as heterogeneous catalysts for the direct carboxylation of benzyl bromide with CO2. Several essential factors including solvent, temperature, catalyst amount, type of catalysts and the amount of reductant were investigated. In leaching test, the catalyst was facilely separated from the reaction by centrifugation.

The catalyst recyclability was also specifically examined and the reaction could be reused several times without a significant degradation in catalytic activity. The products were confirmed by 1 H NMR and 13C NMR. To the best of our knowledge, there are no previous reports on carboxylation of halides using CO2 under MOFs catalysis. 5 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng: Số liệu trong luận văn hoàn toàn do tôi thực hiện và chưa từng được sử dụng trong các bài báo, công trình nào khác.

Mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và thông tin trích dẫn đều có nguồn gốc rõ ràng. Tác giả luận văn DECLARATION I assure that: The data in thesis completed by myseft and have not been used in the article or other works. All assistance for the implementation of this thesis was to thank and the information was used which clear origins. Author essay 6 LIST OF ABBREVIATIONS DMF: N,N-Dimethylformamide DMA: Dimethylacetamide GC: Gas chromatography ICP: Inductively coupled plasma NNP: N-Methyl-2-pyrrolidone NMR: Nuclear magnetic resonance XRPD: X-ray Powder Diffraction H2DBC: Bezene-1,4-dicarboxylic acid DABCO: 1,4-diazabicyclo(2.2) octane SEM: Scanning electron microscopy TEM: Transmission electron microscopy TGA: Thermogravimetric analysis ICP: Inductively coupled plasma EtOAc: Etyl acetat 7 List of Tables Table 2.1: List of chemicals needed for synthesizing Ni2(BDC)2(DABCO) .2 List of purification chemical .3 The different amount of phenylacetic acid used for the standard line graph.1 The effect of several type catalyst on reaction yield.2 The effect of the amount MgCl2 on yield reaction .3 The effect of different solvents on reaction conversion and yield.

54 8 List of Schemes Sheme 1.1: Synthesis of phenylacetic acids via Willgerodt-Kindler reaction [5] .2: The synthesis of phenylacetic acid in the carbonylation reaction [6] .3: The synthesis of phenylacetic acids under rhodium-catalyzed carbonylation conditions [7].4: Ni-Catalyzed Carboxylation of Alkyl Bromides [8] .5: Ni-catalyzed reductive carboxylation of Allyl Esters with CO2 [9] .6: Ni-Catalyzed Carboxylation of C(sp2) − and C(sp3)−O Bonds with CO2 [10].7: Ni-Catalyzed Carboxylation of alkyl halides with CO2 [11]. Ni-MOF carboxylation of benzyl halides .9: The hydrogenation with catalytic nickel nanoparticles embedded in MOF- 1 [44].10: The hydrogenation with Nickel nanoparticles supported on MOF-5 [45].11:The arylation of aldehydes with arylboronic acids using Ni(HBTC)(BPY) catalyst [46].12: The cross-coupling reaction of phenylacetylene and phenylboronic acids using the Ni2(BDC)2(DABCO) as catalyst [50].13: The direct heterocycle C–H arylation reactions between azoles and arylboronic acids using Ni2(BDC)2(DABCO) as a catalyst [51].14 Nickel-catalyzed double carboxylation of various internal alkynes .15 Synthesis of phenylacetic acids .16 Carboxylation of secondary and tertiary alkyl halides .18 Optimization of the Reaction Conditions .19 Nickel-catalyzed carboxylation of vinyl chlorides .1 Ni-MOF carboxylation of benzyl bromide. 37 9 List of Figures Figure 1.1: Significance of Phenylacetic Acids [2] .2: Structure of Plavix (Clopidogrel).3: Number of publications on MOFs over the past decade .4: General structure of MOFs [13].5: Some different MOFs’ structures.6: Aromatic dicarboxylates varying in length used as linkers [13] .7: Possible applications of MOFs in various areas [13] .8: The ability of MOF adsorption as compared to the traditional adsorption [35].9 : Gravimetric uptake curves of CH4, CO2, H2 and N2 on SIFSIX-3-Zn MOF [37].10 Examples of chemical fixation of CO2 [52].11 Ni-Based MetalOrganic Frameworks Containing Paddle-Wheel Type Inorganic Building Units via High-Throughput Methods.1: Structure simulation of Ni2(BDC)2(DABCO) [57] .1 X-ray powder diffractograms of MOF Ni2(BDC)2(DABCO).2 FT-IR spectra of Ni2(BDC)2(DABCO) .3 SEM micrograph of Ni2(BDC)2(DABCO).4 TEM micrograph of the Ni2(BDC)2(DABCO).5 TGA of Ni2(BDC)2(DABCO).6 Nitrogen adsorption/desorption isotherm of the Ni2(BDC)2(DABCO).7 Pore size distribution of the Ni2(BDC)2(DABCO).8 The standard line graph of phenyacetic acid .9 The effect of room temperature on conversion and GC yield.10 The reaction rate at 40OC .11 The reaction at 60oC .12 The effect of catalyst loading on carboxylation reaction conversion and yield.13 The effect of the amount of reductant on the reaction conversion and yield .14 Leaching test indicated no contribution from homogeneous catalysis of active species leaching into reaction solution .15 Comparing reusability of catalyst .16 XRD of the resused Ni2(BDC)2(DABCO). 1 LIST OF ABBREVIATIONS.

6 CHAPTER 1: LITERATURE REVIEW.1 The Synthesis of Phenyacetic Acids.1 The importance of phenylacetic acids .2 Conventional synthesis of phenylacetic acids .3 Metal- Organic Frameworks. Synthetic methods of MOFs .5 Application of MOFs .4 Potential of Nickel- MOFs in Catalysis.5 Nickel-catalyzed carboxylation of Aromatic Compounds with Carbon Dioxide .6 The Metal –Organic Framework Ni2(BDC)2(DABCO) .1 The Metal-Organic Framework Ni2(BDC)2(DABCO) .1 Materials and instrumentation .2 Synthesis of Ni2(BDC)2(DABCO) .2 The Direct Carboxylation of Akyl Halide with CO2 .1 Materials and instrumentation .3 Leaching test and the reusability of catalyst:. 39 CHAPTER III: RESULTS AND DISCUSSION .1 Characterization of Ni2(BDC)2(DABCO) .1 XRD result of Ni2(BDC)2(DABCO) .2 FT-IR results of Ni2(BDC)2(DABCO) .3 SEM and TEM results of Ni2(BDC)2(DABCO) .4 TGA results of Ni2(BDC)2(DABCO) .5 Nitrogen physisorption measurements of Ni2(BDC)2(DABCO).6 ICP result of Ni2(BDC)2(DABCO).2 The Carboxylation of Benzylbromide with CO2 .1 The standard line graph of phenyacetic acid .2 The influence of temperature.3 The influence of catalyst loading .4 The influence of several kind of catalyst .5 The influence of the amount of reductant .6 The influence of the amount of additive material .7 The influence solvent .8 The leaching test study .9 The catalyst recycling. 56 CHAPTER IV:CONCLUSION.

64 13 CHAPTER 1: LITERATURE REVIEW 1.1 The Synthesis of Phenyacetic Acids 1.1 The importance of phenylacetic acids Phenylacetic acid is one of the most important organic chemical materials, widely used in the field of medicine, pesticide, aromatizer and so on. In more details, the interest in these compounds arises from the fact that a large number of complex molecules such as vancomycin, carbenicillin, ibuprofen, diclofenac, lyrica or lipitor, among many other displayed significant biological activities [1]. Especially, lipitor is ranked the first in the top 200 pharmaceutical Products by Worldwide Sales in 2009 [2].1: Significance of Phenylacetic Acids [2] Besides, phenylacetic acids are used as intermediates in synthesis of some outstanding drugs, for instance, Plavix is a potent anti- platelet drug launched in 1997 by Sanofi- Synthelabo [3,4].2: Structure of Plavix (Clopidogrel) 1.2 Conventional synthesis of phenylacetic acids According to M. Mujahid Alam and his partners’ study, phenylacetic acids were synthesized by Willgerodt-Kindler reaction under PTC (Phase Transfer Catalytic) condition [5].1: Synthesis of phenylacetic acids via Willgerodt-Kindler reaction [5] Other studies concentrated on the carbonylation of alkyl halides.

For example, ZuminQiu and co-workers set a carbonylation reaction under milder condition.2: The synthesis of phenylacetic acid in the carbonylation reaction [6] Furthermore, the direct formation of carboxylic acids under a rhodium catalyst was studied in Department of medicinal chemistry in Canada by Andre´ Giroux and co-workers [7].3: The synthesis of phenylacetic acids under rhodium-catalyzed carbonylation conditions [7]. However, the studies above still presented various limitations such as long reaction times, hazardous reaction conditions and difficulty in product isolation and purification. Therefore, there was an intense demand to develop a new and efficient method for the synthesis of biologically active phenylacetic acids under mild and ecofriendly reaction conditions. As a result, a series of studies of carboxylation using CO2 as an inexpensive and environmental-friendly chemical reagent has published by Ruben Martin .4: Ni-Catalyzed Carboxylation of Alkyl Bromides [8] Scheme 1.5: Ni-catalyzed reductive carboxylation of Allyl Esters with CO2 [9] Scheme 1.6: Ni-Catalyzed Carboxylation of C(sp2) − and C(sp3)−O Bonds with CO2 [10] 1.2 Our approach The carboxylation of alkyl halides with CO2 under homogeneous catalyst In 2003, Ruben Martin and his colleagues showed their experiments on Ni- catalyzed direct carboxylation of benzyl halides with CO2.

This research illustrated the development of a user-friendly and operationally simple catalytic protocol without sensitive and expensive metal complexes [11].