Luận án tiến sĩ: Ứng dụng MIL-68 trong Fe3O4-BPDC3 MOF235 làm chất xúc tác cho phản ứng tạo liên kết CN và CO

• Tác giả: Ha Thanh My Phuong
• Người hướng dẫn: Prof. Phan Thanh Son Nam
• Trường học: Ho Chi Minh City University of Technology
• Chuyên ngành: Organic Chemical Technology
• Đề tài: Ứng Dụng MIL-68 Trong Fe3O4-BPDC3 MOF235 Là Chất Xúc Tác Cho Phản Ứng Tạo Liên Kết CN Và CO
• Loại tài liệu: thesis
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Ho Chi Minh City

• DECLARATION OF ORIGINALITY
• THESIS SUMMARY
• ABSTRACT
• ACKNOWLEDGMENT
• TABLE OF CONTENTS
• 1. CHAPTER 1: LITERATURE REVIEW OF MIL-68(In), Fe3O(BPDC)3, MOF-235
• 1.1. Metal-organic frameworks
• 1.2. Synthesis and structure of MIL-68(In), MOF-235 and Fe3O(BPDC)3
• 1.2.1. Synthesis and structure of MIL-68(In)
• 1.2.2. Synthesis and structure of MOF-235
• 1.2.3. Synthesis and structure of Fe3O(BPDC)3
• 1.3. Application of MIL-68 (In), MOF-235 and Fe3O(PBDC)3 in catalysis
• 1.4. &í1 and &í2 bond forming reactions
• 1.4.1. &í1 bond formation in synthesis of 2-nitro-3-arylimidazo[1,2-a]pyridine derivatives
• 1.4.2. &í1 bond formation for synthesis of aryl substituted pyridines
• 1.4.3. &í2 bond formation for synthesis of Į-acyloxy ethers
• 1.5. Synthesis of MIL-68(In), Fe3O(BPDC)3 and MOF-235
• 1.5.1. Materials and instrumentation
• 1.6. Catalytic studies of MIL-68(In), Fe3O(BPDC)3 and MOF-235 on &í1 and &í2 bond forming reactions
• 1.6.1. Materials and instrumentation
• 1.6.2. Catalytic studies of MIL-68(In) on &í1 bond formation reaction between 2-aminopyridines and nitroalkenes
• 1.6.3. Catalytic studies of Fe3O(BPDC)3 on &í1 bond formation reaction between N,N-dialkylanilines with ketoxime carboxylates
• 1.6.4. Catalytic studies of MOF-235 on &í2 bond formation reaction for the direct esterification of carboxylic acids with C(sp3)-H bonds to form Į-acyloxy ethers
• 2. RESULT AND DISCUSSION
• 2.1. Characterization of MIL-68(In), MOF-235 and Fe3O(BPDC)3
• 2.1.1. Characterization of MIL-68(In)
• 2.1.2. Characterization of MOF-235
• 2.1.3. Characterization of Fe3O(BPDC)3
• 2.2. Catalytic studies of MIL-68(In), Fe3O(BPDC)3 and MOF-235 on &í1 and &í2 bond forming reactions
• 2.2.1. Catalytic studies of MIL-68(In) on C-N bond formation reactions (1)
• 2.2.2. Catalytic studies of Fe3O(BPDC)3 on C-N bond formation reactions (2)
• 2.2.3. Catalytic studies of MOF-235 on C-O bond forming reaction (3)
• 3. CONCLUSION AND RECOMMENDATIONS
• 3.1. Summary of current work
• 3.2. Contributions of this thesis
• LIST OF PUBLICATIONS
• LIST OF OTHER PUBLICATIONS
• LIST OF FIGURES
• LIST OF SCHEMES
• LIST OF TABLES
• LIST OF ABBREVIATION

I. Giới thiệu về MIL 68 và Fe3O BPDC 3

MIL-68(In) và Fe3O(BPDC)3 là hai loại khung hữu cơ kim loại (MOF) có cấu trúc đặc biệt, được nghiên cứu rộng rãi trong lĩnh vực xúc tác. MIL-68(In) được tổng hợp từ indium và có khả năng tạo ra các liên kết C–N và C–O hiệu quả. Fe3O(BPDC)3, một MOF dựa trên sắt, cũng cho thấy tiềm năng lớn trong các phản ứng tạo liên kết. Cả hai loại MOF này đều có cấu trúc xốp, cho phép chúng hoạt động như các chất xúc tác hiệu quả trong các phản ứng hóa học. Việc nghiên cứu và ứng dụng các MOF này trong xúc tác không chỉ mở ra hướng đi mới cho hóa học hữu cơ mà còn có thể cải thiện hiệu suất của nhiều phản ứng hóa học quan trọng.

1.1. Tính chất và cấu trúc của MIL 68 In

MIL-68(In) có cấu trúc ba chiều với các lỗ rỗng lớn, cho phép các phân tử phản ứng dễ dàng tiếp cận. Cấu trúc này được hình thành từ các ion indium và các nhóm carboxylate, tạo ra một mạng lưới vững chắc. Tính chất hóa học của MIL-68(In) cho phép nó hoạt động như một chất xúc tác hiệu quả trong các phản ứng tạo liên kết C–N. Nghiên cứu cho thấy rằng MIL-68(In) có thể tái sử dụng nhiều lần mà không làm giảm hoạt tính xúc tác, điều này làm tăng giá trị thực tiễn của nó trong các ứng dụng công nghiệp.

1.2. Tính chất và cấu trúc của Fe3O BPDC 3

Fe3O(BPDC)3 là một MOF dựa trên sắt, có cấu trúc tương tự như MIL-68(In) nhưng với các đặc tính khác biệt. Cấu trúc của Fe3O(BPDC)3 cho phép nó hoạt động hiệu quả trong các phản ứng tạo liên kết C–O. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng Fe3O(BPDC)3 có khả năng xúc tác cao và có thể được tái sử dụng mà không làm giảm hiệu suất. Điều này cho thấy tiềm năng lớn của Fe3O(BPDC)3 trong các ứng dụng công nghiệp, đặc biệt là trong lĩnh vực tổng hợp hữu cơ.

II. Ứng dụng của MIL 68 và Fe3O BPDC 3 trong xúc tác

Cả MIL-68(In) và Fe3O(BPDC)3 đều được sử dụng làm chất xúc tác trong các phản ứng tạo liên kết C–N và C–O. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng các MOF này có thể cải thiện đáng kể hiệu suất của các phản ứng này. Cụ thể, MIL-68(In) đã được chứng minh là có khả năng xúc tác cho phản ứng giữa 2-aminopyridines và nitroalkenes, trong khi Fe3O(BPDC)3 cho thấy hiệu quả trong việc xúc tác cho phản ứng giữa N,N-dialkylanilines và ketoxime carboxylates. Những ứng dụng này không chỉ chứng minh tính khả thi của các MOF trong xúc tác mà còn mở ra hướng đi mới cho việc phát triển các quy trình tổng hợp hiệu quả hơn.

2.1. Phản ứng tạo liên kết C N

Phản ứng tạo liên kết C–N là một trong những phản ứng quan trọng trong hóa học hữu cơ. Sử dụng MIL-68(In) làm chất xúc tác, các phản ứng này có thể diễn ra với hiệu suất cao và chọn lọc tốt. Nghiên cứu cho thấy rằng MIL-68(In) có thể xúc tác cho phản ứng giữa 2-aminopyridines và nitroalkenes, tạo ra các sản phẩm có giá trị cao. Điều này không chỉ chứng minh khả năng của MIL-68(In) trong xúc tác mà còn mở ra cơ hội cho việc phát triển các quy trình tổng hợp mới trong hóa học hữu cơ.

2.2. Phản ứng tạo liên kết C O

Phản ứng tạo liên kết C–O cũng rất quan trọng trong hóa học hữu cơ, đặc biệt là trong việc tổng hợp các este và ether. Fe3O(BPDC)3 đã được sử dụng làm chất xúc tác cho các phản ứng này, cho thấy hiệu suất cao và khả năng tái sử dụng. Nghiên cứu cho thấy rằng Fe3O(BPDC)3 có thể xúc tác cho phản ứng giữa carboxylic acids và alcohols, tạo ra các sản phẩm ester với hiệu suất cao. Điều này chứng minh rằng Fe3O(BPDC)3 có tiềm năng lớn trong các ứng dụng công nghiệp, đặc biệt là trong lĩnh vực tổng hợp hữu cơ.

III. Kết luận và triển vọng

Nghiên cứu về MIL-68(In) và Fe3O(BPDC)3 đã chỉ ra rằng các MOF này có tiềm năng lớn trong việc xúc tác cho các phản ứng tạo liên kết C–N và C–O. Việc sử dụng các MOF này không chỉ cải thiện hiệu suất của các phản ứng mà còn mở ra hướng đi mới cho việc phát triển các quy trình tổng hợp hiệu quả hơn. Các nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc tối ưu hóa điều kiện phản ứng và mở rộng ứng dụng của các MOF này trong các lĩnh vực khác nhau của hóa học hữu cơ. Điều này không chỉ có thể nâng cao giá trị thực tiễn của các MOF mà còn góp phần vào sự phát triển bền vững trong ngành hóa học.

3.1. Tiềm năng nghiên cứu tiếp theo

Tiềm năng nghiên cứu tiếp theo có thể bao gồm việc khám phá các loại MOF mới với cấu trúc và tính chất khác nhau. Việc phát triển các MOF mới có thể mở ra nhiều cơ hội cho việc ứng dụng trong xúc tác và các lĩnh vực khác. Ngoài ra, việc nghiên cứu sâu hơn về cơ chế xúc tác của các MOF này cũng có thể giúp cải thiện hiệu suất và tính chọn lọc của các phản ứng hóa học.

3.2. Ứng dụng trong công nghiệp

Ứng dụng của MIL-68(In) và Fe3O(BPDC)3 trong công nghiệp có thể mang lại nhiều lợi ích. Việc sử dụng các MOF này trong các quy trình tổng hợp có thể giúp giảm thiểu chi phí và tăng hiệu suất sản xuất. Điều này không chỉ có lợi cho các nhà sản xuất mà còn góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành hóa học. Các nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc phát triển các quy trình công nghiệp hóa dựa trên các MOF này.