Bifenilas policloradas (PCBs) foram produzidas comercialmente entre 1929 e meados da década de 1980 para propósitos industriais. As mesmas propriedades que despertaram o interesse industrial, tais como: inércia química, alta constante dielétrica, resistência à queima; foram responsáveis pelo espalhamento dos PCBs em todos os compartimentos ambientais, de tal forma que são encontrados em amostras de tecidos adiposos de animais e humanos, leite, sedimentos dentre outras matrizes. Enormes quantidades de PCBs continuam em uso ou estão estocadas a espera de uma destinação final. No presente estudo demonstramos o uso da reação de hidrodescloração catalítica como forma de destruição/destoxificação de bifenilas policloradas. Para tanto, a reação foi estudada em amostras reais de PCBs (óleo dielétrico - Ascarel®), amostras comerciais (Aroclor® 1242 e 1254) e amostra sintética (2,4-diclorobifenila). O estudo se baseia no uso de solventes orgânicos como meio reacional e paládio suportado em carvão ativado como catalisador, devido à sua seletividade para a reação desejada, bem como sua baixa capacidade de hidrogenar compostos aromáticos. xii A condição experimental ótima para a hidrodescloração foi determinada a partir da aplicação de planejamento experimental do tipo Doehlert. Esta condição ótima foi aplicada com sucesso a PCBs contidos em outras matrizes. A cinética da reação é apresentada para o 2,4-diclorobifenila como estudo de caso e uma proposta de mecanismo da reação de hidrodescloração de PCBs é apresentada baseada nos resultados experimentais. / Polychlorinated biphenyls (PCBs) were produced between 1929 and the 1980s for industrial applications. The same properties that make it a chemical of interest for industrial applications, such as: chemical inertness, high dielectric constant, fire resistance; were responsible for the widespreading of PCBs over all enviornmental compartments. They can be found in samples of fat tissues of humans and animals, milk, sediments, among other matrices. Enormous quantities of PCBs are still in use or stocked waiting for a final destination. In the present study, we have shown the use of catalytic hydrodechlorination as an alternative for the destruction/detoxification of polychlorinated biphenyls. For this, the reaction was studied in real samples of PCBs (dielectric oil - Ascarel®), commercial samples (Aroclor® 1242 e 1254) and pure chlorinated biphenyls (2,4-dichlorobiphenyl). The study is based in the use of organic solvents as reactional media and palladium supported in activated carbon as catalyst, due to its selectivity for the desired reaction and to its low capacity to hydrogenate aromatic compounds. xiv The optimal hydrodechlorination condition was determined through the application of a Doehlert experimental planning. This optimal condition was applied with success to PCBs contained in other matrices. The reaction kinetics for 2,4-dichlorobiphenyl was presented as a case study and a mechanistic proposal was presented for the hydrodechlorination of PCBs based on these experimental conditions.

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In dieser Arbeit wurde die Möglichkeit untersucht, Bortrihalogenide mit Wasserstoff unter milden Bedingungen (T < 100 °C, p(H2) < 50 bar) zu hydrieren. Um eine Triebkraft für die thermodynamisch ungünstige Reaktion zu erhalten, wurden Amine als Hilfsbasen zugesetzt, welche den bei der Reaktion entstehenden Halogenwasserstoff als Ammoniumsalz binden und damit das Reaktionsgleichgewicht in Richtung der Produkte verschieben. Es wurden dafür verschiedene Amin-Boran bzw. Amin-HCl Addukte synthetisiert und mittels IR, NMR und DSC charakterisiert. Bei den anschließenden Hydrierungsversuchen wurden verschiedene Katalysatoren auf ihre Eignung getestet und weiterentwickelt. Unterstützt wurden die experimentellen Arbeiten durch Berechnungen mit Gaussian 03. IR- und NMR-Spektren vieler Addukte wurden berechnet und freie Reaktionsenthalpien der Hydrierung in Abhängigkeit des verwendeten Amins und Borhalogenids bestimmt. Mögliche Übergangszustände wurden diskutiert und ihre Aktivierungsenergien ermittelt.

In dieser Arbeit wurde die Möglichkeit untersucht, Bortrihalogenide mit Wasserstoff unter milden Bedingungen (T < 100 °C, p(H2) < 50 bar) zu hydrieren. Um eine Triebkraft für die thermodynamisch ungünstige Reaktion zu erhalten, wurden Amine als Hilfsbasen zugesetzt, welche den bei der Reaktion entstehenden Halogenwasserstoff als Ammoniumsalz binden und damit das Reaktionsgleichgewicht in Richtung der Produkte verschieben. Es wurden dafür verschiedene Amin-Boran bzw. Amin-HCl Addukte synthetisiert und mittels IR, NMR und DSC charakterisiert. Bei den anschließenden Hydrierungsversuchen wurden verschiedene Katalysatoren auf ihre Eignung getestet und weiterentwickelt. Unterstützt wurden die experimentellen Arbeiten durch Berechnungen mit Gaussian 03. IR- und NMR-Spektren vieler Addukte wurden berechnet und freie Reaktionsenthalpien der Hydrierung in Abhängigkeit des verwendeten Amins und Borhalogenids bestimmt. Mögliche Übergangszustände wurden diskutiert und ihre Aktivierungsenergien ermittelt.:1. Einleitung und Problemstellung 2. Stand der Wissenschaft 2.1. Allgemeines 2.2. Die Amin-Boran-Addukte 2.3. Hydrierung mit Wasserstoff 2.3.1. Allgemeine Konzepte 2.3.2. Katalytische Hydrierung 2.3.3. Thermodynamische und kinetische Betrachtungen 2.4. Hydrierung mit Hydrosilanen 2.5. Quantenchemische Berechnungen 2.5.1. Grundlagen 2.5.2. Die Dichtefunktionaltheorie 2.5.3. Basissätze 2.5.4. Die Optimierungsverfahren 2.5.5. Übergangszustandsrechnungen 2.5.6. Weitere verwendete Methoden 2.6. 11B-NMR 3. Geräteteil 4. Durchgeführte Synthesen 4.1. Synthese von N-Ethyldiphenylamin 4.2. Synthese von N-Ethylbis(p-tolyl)amin 4.3. Synthese der BN-Addukte 4.4. Synthese der HCl-Addukte 4.5. Synthese von P-1 Nickel 5. Ergebnisse 5.1. Berechnungen mit Gaussian 5.1.1. Das Reaktionssystem auf Grundlage des Bortrichlorids 5.1.2. Die Hydrierung von Bortribromid und Bortriiodid mit Wasserstoff 5.1.3. Hydrierung mit Triethylsilan 5.1.4. Zusammenfassende Betrachtung der berechneten Ergebnisse 5.2. Die Addukte 5.2.1. Die "Amingrundtypen" 5.2.2. Die Addukte modifizierter Amine 5.2.3. Zusammenfassung 5.3. Hydrierung mit Triethylsilan 5.3.1. Allgemeines 5.3.2. Vergleich der Hydrierung der Bortrichlorid-Addukte von Triethylamin und N,N-Diethylanilin 5.3.3. Hydrierung bei verschiedenen Temperaturen 5.3.4. Zusammenfassung 5.4. Hydrierung mit Wasserstoff 5.4.1. Allgemeines 5.4.2. Hydrierversuche im Einkammerreaktor 5.4.3. Hydrierversuche im Zweikammerreaktor 5.4.4. Zusammenfassung 5.5. Weitere durchgeführte Experimente 5.5.1. Hydrierung von Disilanen 5.5.2. Zusatz von Chloridakzeptoren 6. Zusammenfassung und Ausblick 7. Anhang 7.1. Analytische Daten und Produktidentifizierung 7.1.1. NMR-Daten 7.1.2. IR-Daten 7.1.3. Einkristalldaten 7.2. Gaussian 03 Daten 7.2.1. Energien der Grundzustände 7.2.2. Energien der Übergangszustände 7.2.3. Berechnete IR-Spektren 7.2.4. Berechnete Reaktionsgrößen 7.2.5. Isotrope Abschirmungen 7.3. DSC-Daten 7.3.1. Boran-Amin-Addukte 7.3.2. HCl-Amin-Addukte 7.4. Die Hydrierungsansätze 8. Literaturverzeichnis 9. Formelverzeichnis