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Catalytic Hydrogenation of Nitrile Rubber in High Concentration SolutionLi, Ting January 2011 (has links)
Chemical modification is an important way to improve the properties of existing polymers, and one of the important examples is the hydrogenation of nitrile butadiene rubber (NBR) in organic solvent by homogeneous catalysis in order to extend its application. This process has been industrialized for many years to provide high performance elastomers (HNBR) for the automotive industry, especially those used to produce components in engine compartments.
In the current commercial process, a batch reactor is employed for the hydrogenation step, which is labor intensive and not suitable for large volume of production. Thus, novel hydrogenation devices such as a continuous process are being developed in our research group to overcome these drawbacks. In order to make the process more practical for industrial application, high concentration polymer solutions should be targeted for the continuous hydrogenation. However, many problems are encountered due to the viscosity of the high concentration polymer solution, which increases tremendously as the reaction goes on, resulting in severe mass transfer and heat transfer problems. So, hydrogenation kinetics in high concentration NBR solution, as well as the rheological properties of this viscous solution are very essential and fundamental for the design of novel hydrogenation processes and reactor scale up.
In the present work, hydrogenation of NBR in high concentration solution was carried out in a batch reactor. A commercial rhodium catalyst, Wilkinson’s catalyst, was used with triphenylphosphine as the co-catalyst and chlorobenzene as the solvent. The reactor was modified and a PID controller was tuned to fit this strong exothermic reaction. It was observed that when NBR solution is in a high concentration the kinetic behavior was greatly affected by mass transfer processes, especially the gas-liquid mass transfer. Reactor internals were designed and various agitators were investigated to improve the mechanical mixing. Experimental results show that the turbine-anchor combined agitator could provide superior mixing for this viscous reaction system.
The kinetic behavior of NBR hydrogenation under low catalyst concentration was also studied. It was observed that the hydrogenation degree of the polymer could not reach 95% if less than 0.1%wt catalyst (based on polymer mass) was used, deviating from the behavior under a normal catalyst concentration.
The viscosity of the NBR-MCB solutions was measured in a rotational rheometer that has a cylinder sensor under both room conditions and reaction conditions. Parameters that might affect the viscosity of the solutions were studied, especially the hydrogenation degree of polymer. Rheological properties of NBR-MEK solutions, as well as NBR melts were also studied for relevant information.
It is concluded that the hydrogenation kinetics deviates from that reported by Parent et al. [6] when polymer is in high concentration and/or catalyst is in low concentration; and that the reaction solution (HNBR/NBR-MCB solution) deviates from Newtonian behavior when polymer concentration and hydrogenation degree are high.
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Growth and physical study of ZnO:Co DMO thin filmsTsao, Yao-chung 30 August 2010 (has links)
Co-doped ZnO (ZnO:Co) thin film with room temperature ferromagnetism and spin polarized carriers is one of the advance materials and highly applicable in future development in spintronics. When ZnO:Co films deposited by a £_ growth method in a ion sputtering system, low solubility of Co (3.75%) limits further applications such that a single-guns sputtering thin film growth technique is employed in this study to outreach this limitation. A ZnO:Co bulk with 5 at% of Co was formed by a solid reaction method and used as a target. ZnO:Co films were grown in a single-gun RF sputtering system. However, all films grown at room temperature were insulator which might because sufficient oxygen content in the target and the negative charge of oxygen ion moving toward substrate making the films of full oxygen content. In this study, the post annealing in vacuum environment and the deposition of films in hydrogenation environment are conducted to try to produce various level of oxygen vacancies in the films for understanding the interplay between the oxygen vacancies and the electric transport and magnetic coupling. The present experiment contains two parts: (1) grow films with various thicknesses by controlling deposition time and then applying post annealing process, and (2) grow the films in oxygen reduced environment by introducing hydrogen during growth and taking out partial oxygen content in the plasma and the films. In the first part, the grain sizes of the films are near constant while the crystal quality is improved with the thickness of films. The worse crystal quality of grains, the better the electric transport and the stronger the magnetic coupling after post annealing processes. This indicates that the electric transport and magnetic coupling could be improved when the thin films was formed by crystals with certain disordering and contained a certain level of oxygen vacancies. In the second part, the introduced hydrogen may combine with the oxygen sputtered out from the target before deposition on substrates. It means that the films are grown in oxygen deficient conditions and result in various degrees of oxygen vacancies. Zn clusters precipitate in films when the concentration of hydrogen is over 20%, and at the meantime, they increase the conductivity and suppress the magnetic coupling in the films. These discoveries provide new perspective in understand the electric transport and ferromagnetism mechanics in DMS materials.
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Synthesis, characterization and modification of carbon nanomaterials / Synthese, Charakterisierung und Modifizierung von KohlenstoffnanomaterialienSchäffel, Franziska 18 January 2010 (has links) (PDF)
The main objective of the present thesis is to deepen the understanding of the mechanisms involved in catalytic growth of carbon nanotubes (CNT) and related processes, such as the catalytic hydrogenation, and to use this knowledge to optimize the experimental approaches in order to gain better control in the synthesis and modification of carbon nanomaterials.
Controlled growth of the CNT is achieved using gas-phase prepared catalyst particles (Fe, Co) which serve as individual catalytic nucleation sites in a chemical vapor deposition (CVD) process. These studies highlight that the controlled preparation of catalyst particles is a crucial step in order to control the CNT morphology. The resultant CNT diameter and the CNT density are found to increase with increasing nanoparticle diameter and density, respectively. The number of walls of the CNT also increases with increasing primary catalyst size. The experimentally derived correlations between the particle diameter on one hand and the CNT diameter and the CNT number of walls on the other hand are attributed to an increase of the catalyst's volume-to-surface area ratio with increasing particle size. While the availability of carbon dissolved within the catalyst at the point of nucleation is determined by the catalyst volume, the amount of carbon required to form a cap depends on the surface area of the catalyst particle.
Electron microscopy studies of the catalyst/substrate/carbon interfaces of CNT grown from Fe nanoparticles reveal that the CNT walls are anchored to the oxide substrate which contests the general argument that the CNT walls stem from atomic steps at the catalyst. It is argued that after nucleation, the substrate itself provides a catalytic functionality towards the stimulation of ongoing CNT growth, whereas the catalytic activity of the metal particle is more restricted to the nucleation process.
Selective hard-magnetic functionalization of CNT tips has been achieved in a plasma-enhanced CVD process. Hard-magnetically terminated CNT, i.e. CNT with a FePt nanoparticle at each tip, are directly grown using FePt catalysts. Fe/Pt thin films with a strongly over-stoichiometric Fe content in the starting catalyst composition yield CNT with a significant number of particles in the hard-magnetic phase.
Anisotropic etching of graphite through Co catalyst particles in hydrogen atmosphere at elevated temperatures (i.e. catalytic hydrogenation) is reported. Catalytic hydrogenation is a potential key engineering route for the fabrication of graphene nanoribbons with atomic precision. While in previous studies the etching of zigzag channels was preferred, the present investigations reveal preferential etching of armchair channels, which provides a means to tailor graphene nanostructures with specific edge termination. Further, detailed morphological and structural characterization of the Co particles provide insight into the hydrogenation mechanism which is still a matter of controversy.
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STRUCTURE LOCALE DES NITRURES D'ELEMENTS III-V GaAsN ET InGaAsN ET EFFETS DES TRAITEMENTS POST-CROISSANCECiatto, Gianluca 19 March 2004 (has links) (PDF)
CE TRAVAIL DE THESE A LE BUT DE FOURNIR UNE CARACTERISATION STRUCTURALE DES SEMICONDUCTEURS III-V GaAsN ET InGaAsN, MATERIAUX DE GRANDE IMPORTANCE TECHNOLOGIQUE POUR LA REALISATION D'EMETTEURS LASERS A 1.3 MICRONS SUR SUBSTRAT GaAs, ET D'OFFRIR UNE ASSISE POUR MIEUX COMPRENDRE LES PROPRIETES OPTIQUES ET ELECTRONIQUES ANOMALES QUI ONT ETE OBSERVEES IL Y A HUIT ANS ET QUI SONT DESORMAIS EXPLOITEES DANS LA REALISATION DES COMPOSANTES OPTOELECTRONIQUES. LES TECHNIQUES PRINCIPALES QUE NOUS AVONS UTILISEES DANS CE BUT SONT L'ABSORPTION DE RAYONS X (XAS) AVEC RAYONNEMENT DE SYNCHROTRON ET LA DIFFRACTION DE RAYONS X (XRD); LA SPECTROSCOPIE DE DIFFRACTION ANOMALE (DAFS) A EU UN ROLE LIMITE, MAIS NEANMOINS SIGNIFICATIF.<br />TROIS SUJETS ONT ETE ABORDES: L'ORDRE LOCAL EN ALLIAGES InGaAsN ET LES EFFETS DU RECUIT POST-CROISSANCE SUR LA STRUCTURE LOCALE, L'ETUDE DES DISTANCES INTERATOMIQUES EN GaAsN ET, ENFIN, LES EFFETS DE L'HYDROGENATION SUR LA STRUCTURE LOCALE ET GLOBALE DE GaAsN ET InGaAsN.
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Formation of Small Hydrocarbon Ions Under Inter- and Circumstellar Conditions: Experiments in Ion TrapsSavić, Igor 02 September 2004 (has links) (PDF)
Using ion-trapping techniques, selected laboratory experiments on ion-molecule reactions of astrophysical interest have been performed. For the first time a carbon beam source has been integrated into an ion trapping machine for studying collisions between ions and neutral carbon atoms and molecules. Results are presented for the interaction of D3+ ions stored in a ring-electrode trap (RET), with a beam of hot neutral carbon molecules, Cn (n = 1, 2, 3). The measured reaction rate coefficients are up to a factor two smaller than values presently used in astrophysical models. In order to complete our knowledge about the ion chemistry involving three carbon atoms, detailed investigations of reactions of C3+, C3H+ and C3H3+ with H2 and HD have been performed between 15 K and room temperature. These studies have been performed in a second apparatus, a variable-temperature 22-pole trap machine (VT-22PT).
Results include reactive collisions, deuteration and radiative association. It is discussed in connection with the increase in lifetime of the C3+ + H2 collision complexes with falling temperature, what could be responsible for producing more C3H+ at 15 K. Tunneling is excluded. In C3+ + HD collisions an isotope effect has been detected, the C3D+ product ions being slightly more abundant than C3H+. Comparison of the reaction of C3H+ primary ions with HD and H2 gas revealed that the deuterated molecules are significantly more reactive. The process of radiative association of C3H+ and for the first time of C3+ with hydrogen molecules has been observed. An analysis of the data shows that radiative association becomes slower, if the neutral reactant is deuterated. Finally, the theoretical prediction from ab initio calculations that C3H3+ does not exchange an H for a D in collisions with HD, has been proven in an ion trap experiment. Careful analysis of all competing processes allows the conclusion that the rate coefficient is smaller than 4x10-16 cm3s-1 at 15 K. / Unter Verwendung von zwei Speicherapparaturen wurden ausgewählte, astrophysikalische wichtige Ionen-Molekülreaktionen untersucht. Durch die Kombination einer Kohlenstoffquelle mit einem Ionenspeicher, in dem so Reaktionen zwischen Ionen und Kohlenstoffmolekülen oder -atomen untersucht werden können, wurde Neuland betreten. Es werden Ergebnisse vorgestellt für die Reaktion von D3+ Ionen, die in einem Ringelektrodenspeicher gefangen sind, mit einem Strahl von heißen Cn (n = 1, 2, 3). Die gemessenen Ratenkoeffizienten sind nur halb so groß wie die Werte, die in astrophysikalischen Modellen verwendet werden. Um die Kenntnis über alle möglichen Reaktionen, bei denen drei C-Atome beteiligt sind, abzurunden, wurden zwischen 15 K und Zimmertemperatur die Reaktionen zwischen C3+, C3H+ und C3H3+ Ionen mit H2 und HD in vielen Details untersucht. Diese Experimente wurden in einer zweiten Apparatur durchgeführt, in der ein temperaturvariabler 22-Polspeicher das zentrale Element ist (VT-22PT).
Berichtet werden Ergebnisse zu reaktiven Stößen, zur Deuterierung von Kohlenwasserstoffen und zur Strahlungsassoziation. In der Diskussion bleibt offen, was - in Verbindung mit der von 300 K zu 15 K zunehmenden Lebensdauer - der Grund dafür sein kann, daß die Bildung des exothermen Produkts C3H+ anwächst. Der Tunneleffekt scheidet aus. Bei der Reaktion C3+ + HD wurde ein Isotopeneffekt beobachtet, das C3D+ Produkt wird etwas häufiger gebildet als C3H+. Ein Vergleich der Reaktion zwischen C3H+ Ionen mit HD bzw. H2 zeigt, daß das deuterierte Molekül wesentlich reaktiver ist. Es wurden Ratenkoeffizienten für die Strahlungsassoziation von H2 Molekülen mit C3H+ und erstmals mit C3+ Ionen gemessen. Die Auswertung der Daten zeigt, dass der Prozeß langsamer abläuft, wenn der neutrale Stoßpartner deuteriert ist. Schließlich wurde experimentell die theoretische Vorhersage überprüft, dass C3H3+ keinen H-D Austausch mit HD eingeht. Eine sorgfältige Analyse aller konkurrierenden Prozesse ergab, dass bei 15 K der Raten koeffizient kleiner als 4x10-16 cm3s-1 ist.
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Wege zur Optimierung magnetokalorischer Fe-basierter Legierungen mit NaZn13-Struktur für die Kühlung bei RaumtemperaturKrautz, Maria 18 June 2015 (has links) (PDF)
Die magnetische Kühlung ist eine etablierte Technologie im Bereich der Tieftemperaturphysik. Allerdings bieten die Skalierbarkeit des magnetokalorischen Effektes und die Möglichkeit zur kompakten Bauweise auch ein breites Anwendungsspektrum für den Einsatz bei Raumtemperatur.
Besonders hervorzuheben ist die Möglichkeit zur Anpassung der magnetostrukturellen Umwandlungstemperatur in La(Fe, Si)13-basierten Materialien an die Arbeitstemperatur einer Kühleinheit. Die Herstellung von Ausgangsmaterial über das Schmelzspinnen, ist von hoher technologischer Relevanz, da im Vergleich zu konventionell gegossenem Massivmaterial die anschließende Glühdauer drastisch reduziert werden kann [1]. In der vorliegenden Arbeit wird zunächst auf die optimalen Glühbedingungen in rasch-erstarrtem Bandmaterial für die Bildung der relevanten magnetokalorischen Phase eingegangen. Durch Variation der Glühtemperatur wird der Einfluss von Sekundärphasen auf den magnetokalorischen Effekt bewertet.
Darüber hinaus können bei optimaler Wahl der Legierungszusammensetzung ein großer magnetokalorischer Effekt und der gewünschte Arbeitstemperaturbereich eingestellt werden. Besonderes Augenmerk wird auf die Verknüpfung des Substitutionseffektes (hier: Si für Fe) und der Aufweitung des Gitters durch Hydrierung mit dem resultierenden magnetokalorischen Effekt gelegt. Ein weiterer Punkt, sind die Untersuchungen zur Langzeitstabilität der Eigenschaften von hydriertem Band- und Massivmaterial.
Grundlegende und umfassende Untersuchungen zur Substitution von Eisen durch Mangan und zum daraus folgenden Einfluss auf Phasenbildung, Umwandlungstemperatur sowie auf den magnetokalorischen Effekt, insbesondere nach der Hydrierung, werden ebenfalls dargestellt. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit erlauben damit die Bewertung verschiedener Strategien zur Optimierung der magnetokalorischen Eigenschaften von La(Fe, Si)13.
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Synthesis of hectorites and saponites with microwaves and their application in catalysis and compositesVicente Valverde, Isabel 25 February 2011 (has links)
Las esmectitas como hectorita o saponita, son silicatos laminares. Tienen múltiples aplicaciones (catálisis, nanocomposites, adsorbentes) e interesa tener un material reproducible y sin impurezas. Los métodos convencionales de síntesis comportan tratamientos largos o a altas temperaturas. La introducción del microondas puede disminuir ambos. El objetivo de esta tesis es estudiar la síntesis de hectorita y saponita con microondas y su aplicación como soportes catalíticos de Ni en la hidrogenación de óxido de estireno para la obtención de 2-feniletanol (componente principal de la esencia de rosas) y en la preparación de composites con poliuretano. Se obtienen hectoritas y saponitas reproducibles. Cuando se emplean como soportes de catalizadores de Ni se obtienen conversión y selectividad total hacia el 2-feniletanol. Cuando se utilizan las arcillas obtenidas en preparación de composites sus propiedades son comparables a los de la bibliografía. / Smectites like hectorite or saponite, are phyllosilicates. They can be applied for many purposes (catalysis, nanocomposites, adsorbents) but a reproducible, pure material is necessary. Classical methods of synthesis involve long synthesis times at high temperatures. The use of microwaves can be an interesting alternative. The scope of this thesis is to study the synthesis of hectorites and saponites with microwaves and their application as supports of Ni catalysts in the hydrogenation of styrene oxide to obtain 2-phenylethanol (main component of rose oil) and in the preparation of composites with polyurethane. We obtained reproducible hectorites and saponites. When used as supports of Ni catalysts we obtained total conversion and selectivity to 2-phenyethanol. When obtained clays were used in the preparation of polyurethane composites, their properties were comparables to those of the bibliography
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Carbon monoxide hydrogenation using ruthenium catalystsBlank, Jan Hendrik January 2012 (has links)
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Synthese metallorganischer Gerüstverbindungen und poröser Polymere für den Einsatz in der Katalyse, Sensorik und StofftrennungNickerl, Georg 17 September 2014 (has links) (PDF)
Poröse Materialien zeichnen sich durch hohe spezifische Oberflächen bzw. hohe spezifische Porenvolumina aus. Dies macht sie zu geeigneten Kandidaten für die Gasspeicherung, Stofftrennung und die heterogene Katalyse, die Hauptanwendungsgebiete poröser Materialien. Um poröse Materialien hinsichtlich der eben genannten Anwendungsfelder zu optimieren ist es von entscheidender Bedeutung, sie hinsichtlich ihrer jeweiligen Anwendung maßzuschneidern.
Eine Klasse hochporöser Materialien, bei der das Maßschneidern der Poren möglich ist, ist die der metallorganischen Gerüstverbindungen [engl. Metal-Organic Frameworks (MOFs)]. MOFs zeichnen sich durch einen modularen Aufbau aus, der ein systematisches Design der Poren erlaubt. Auch poröse Polymere können durch Funktionalisierung der entsprechenden Monomere hinsichtlich verschiedener Anwendungsgebiete gezielt synthetisiert werden.
Ein Ziel dieser Arbeit war die Integration des Metalls Rhodium als knotenbildendes Element in ein MOF. Dazu wurde Rhodium(II)-acetat, welches bereits das Schaufelradmotiv enthält, mit den trifunktionellen Carbonsäuren Trimesinsäure und 4,4´,4´´ Benzen-1,3,5-triyl-tribenzoesäure zu den MOFs DUT 82 und DUT 83 umgesetzt. Das Schaufelradmotiv als sekundäre Baueinheit in DUT-82 konnte durch röntgenabsorptionspektroskopische Untersuchungen nachgewiesen werden. Nach überkritischem Trocknen gefolgt von thermischer Aktivierung zeigten DUT-82 und DUT-83 eine permanente Porosität mit spezifischen BET-Oberflächen von bis zu 1150 m2g-1.
Weiterhin konnte für DUT-82 eine sehr hohe Affinität zu Kohlenmonoxid, die selten für MOFs beobachtet wird, nachgewiesen werden. Berechnungen der Adsorptionsenthalpie ergaben bei niedrigen Beladungen einen Wert von ungefähr 50 kJmol-1, was für eine Chemisorption von Kohlenmonoxid an DUT-82 bei niedrigen Drücken spricht. Weiterhin zeigten katalytische Untersuchungen, dass sich DUT-82 als heterogener Hydrierkatalysator eignet. In einer Modellreaktion konnte Styrol erfolgreich zu Ethylbenzen umgesetzt werden.
In einem weiteren Teil der Arbeit sollte ein MOF synthetisiert werden, das Stabilität und eine hohe Kapazität für Schwefelwasserstoff miteinander vereint. Eine Klasse bereits bekannter MOFs mit hoher Stabilität basiert auf dem [Zr6O4(OH)4]12+-Cluster. Durch Kombination des [Zr6O4(OH)4]12+-Clusters mit Bipyridindicarboxylat konnte das MOF UiO-67(bipy) hergestellt werden, welches isostrukturell zu UiO 67 ist. Untersuchungen an UiO 67(bipy) zeigten, dass das unbeladene Netzwerk keinen Schwefelwasserstoff adsorbiert. Die Bipyridinfunktionalität wurde anschließend für die permanente Integration weiterer Metallzentren (Metall = Cu, Ni, Co) genutzt. Dazu wurde UiO-67(bipy) zu wässrigen oder ethanolischen Metallsalzlösungen gegeben und es kam zur Adsorption der Metallsalze aus der Flüssigphase. Durch die postsynthetische Integration der Metallsalze konnte die Adsorptionskapazität der resultierenden Metallsalz@UiO-67(bipy)-Materialien für Schwefelwasserstoff bis auf 8 Gew.% gesteigert werden.
Neben Adsorption und Katalyse ist die Sensorik ein weiteres Anwendungsfeld von MOFs. Eine organische Einheit, die sich als sensitive Komponente für eine Integration in ein MOF anbietet, ist Dihydro-1,2,4,5-tetrazin, das zu 1,2,4,5-Tetrazin oxidiert werden kann. Das bemerkenswerte Merkmal dieser Reaktion ist der radikale Farbwechsel von Gelb nach Pink. Nach erfolgreicher Synthese der Dihydro-1,2,4,5-tetrazindicarbonsäure sollte sie durch Kombination mit dem [Zr6O4(OH)4]12+-Cluster zu einem UiO-66 analogen Netzwerk in ein stabiles Netzwerk integriert werden. Da die direkte Syntheseroute eines UiO-66 analogen Netzwerks nicht zum Erfolg führte, wurde die mildere Variante des Linkeraustauschs gewählt. Über diese Route konnte das Dihydro-1,2,4,5-tetrazindicarboxylat erfolgreich partiell in das UiO-66 Netzwerk integriert werden. Anschließende Untersuchungen zeigten, dass die in das Netzwerk eingebaute Dihydro-1,2,4,5-tetrazin-Einheit sowohl in der Flüssig- als auch in der Gasphase erfolgreich oxidiert werden kann, was durch UV/vis-Messungen belegt werden konnte.
Eine weitere Klasse poröser Materialien, die hervorragende chemische Stabilität aufweist, ist die der konjugierten Triazin-Netzwerke. Sie entstehen durch Cyclotrimerisierung multifunktioneller Nitrile. Durch geschickte Wahl der Monomere ist eine Funktionalisierung der Triazin-Netzwerke möglich.
Um ein chirales Triazin-Netzwerk zu synthetisieren, wurde Spirobiindan erfolgreich mit Nitrilgruppen funktionalisiert. Die Umsetzung des Monomers in einer Zinkchlorid-Schmelze führte zu porösen Polymeren mit spezifischen BET-Oberflächen von bis zu 1180 m2g 1. Dabei konnte die Porengrößenverteilung des Triazin-Netzwerkes durch Variation des Verhältnisses von Zinkchlorid zu Monomer gezielt eingestellt werden. Die Polymersynthese erfolgte mit einer racemischen Mischung des Monomers und führte somit zu einem achiralen Polymer. Erste Untersuchungen zeigten, dass eine Trennung des racemisch vorliegenden Monomers mittels Hochleistungsflüssigchromatographie möglich ist.
Die Imidazoliumgruppe ist eine weitere Baueinheit, die in Triazin-Polymere integriert werden sollte, da sie leicht in ein N-Heterocyclisches Carben überführt werden kann. N-Neterocyclische Carbene können direkt als Katalysator bzw. als Ligand für eine Vielzahl von Metallen zur Generierung eines Katalysators genutzt werden. Über mehrstufige Synthesen konnten zwei nitrilfunktionalisierte Imidazoliumsalze hergestellt werden. Die anschließende Cyclotrimerisierung führte zu porösen Polymeren mit spezifischen BET-Oberflächen von bis zu 680 m2g-1. Erste katalytische Untersuchungen zum Einsatz dieser Triazin-Netzwerke in Umpolungsreaktionen von Zimtaldehyd mit 2,2,2 Trifluoracetophenon zeigten jedoch lediglich einen geringen Umsatz zum gewünschten Produkt.
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Late Transition Metal Complexes Bearing Functionalized N-Heterocyclic Carbenes and the Catalytic Hydrogenation of Polar Double BondsO, Wylie Wing Nien 16 August 2013 (has links)
Late transition metal complexes of silver(I), rhodium(I), ruthenium(II), palladium(II) and platinum(II) containing a nitrile-functionalized N-heterocyclic carbene ligand (C-CN) were prepared. The nitrile group on the C–CN ligand was shown to undergo hydrolysis under basic conditions, leading to a silver(I) carbene complex with a primary-amido functional group, and a trimetallic complex of palladium(II) with a partially hydrolyzed C–N–N–C donor ligand. The reduction of a nitrile-functionalized imidazolium salt in the presence of nickel(II) chloride under mild conditions yielded an axially chiral square-planar nickel(II) complex containing a unique primary-amino functionalized N-heterocyclic carbene ligand (C-NH2). A transmetalation reaction moved this chelating C–NH2 ligand from nickel(II) to ruthenium(II), osmium(II), and iridium(III), yielding important catalysts for the hydrogenation of polar double bonds.
The ruthenium(II) complex, [Ru(p-cymene)(C–NH2)Cl]PF6 catalyzed the transfer and H2-hydrogenation of ketones. The bifunctional hydride complex, [Ru(p-cymene)(C–NH2)H]PF6, which contains a Ru–H/N–H couple showed no activity under catalytic conditions unless when activated by a base. The outer-sphere mechanism involving bifunctional catalysis of ketone reduction is disfavored according to experimental and theoretical studies and an inner-sphere mechanism is proposed involving the decoordination of the amine donor from the C–NH2 ligand.
The ruthenium(II) complex [RuCp*(C–NH2)py]PF6 showed higher activity than the iridium(III) complex [IrCp*(C–NH2)Cl]PF6 in the hydrogenation of ketones. This
ruthenium(II) complex also catalyzes the hydrogenation of an aromatic ester, a ketimine, and the hydrogenolysis of styrene oxide. We proposed an alcohol-assisted outer sphere bifunctional mechanism for both systems based on experimental findings and theoretical calculations. The
cationic iridium(III) hydride complex, [IrCp*(C–NH2)H]PF6 , was prepared and this failed to react with a ketone in the absence of base. The crucial role of the alkoxide base was demonstrated in the activation of this hydride complex in catalysis. Calculations support the proposal that the base deprotonates the amine group of this hydride complex and triggers the migration of the hydride to the η5-Cp* ring producing a neutral iridium(I) amido complex. This system contains an active Ir–H/N–H couple required for the outer sphere hydrogenation of ketones in the bifunctional mechanism.
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