nghiên cứu tổng hợp mof-118 và khảo sát hoạt tính xúc tác trên phản ứng paalknorr

LI C  hoàn thành lu nh vào s n lc ca riêng tôi mà còn nh vào s ng dn, , ng viên ca thy, cô, các anh ch, các b Do  Lu tiên tôi xin chân thành cn thy PGS.TS Phan Nam tng dn, truyt kin thc và h tr hoá cht cho tôi trong quá trình làm lu Tôi xin gi li cn anh Nguy n tình ng d tôi trong sut quá trình tin hành làm lu Tôi xin gi li ci các thy, cô trong khoa Công Ngh Hoá - Thc Phm i Hc Lc Hng t nhng kin thc quý báu cho tôi trong sut quá trình hi hc, nhng kin th giúp tôi hoàn thành lu Tôi xin gi li c    n các anh, ch và các bn trong phòng thí nghim nghiên cu cu trúc vt lit tình tu kin và giúp  tôi trong quá trình làm thí nghim. Sau cùng, tôi xin gi li cnh ng viên, c  da vng chc c v tinh thn và vt ch tôi yên tâm hoàn thành lut thi gian qua.  Sinh viên Nguyn Th Thu MC LC LI C MC LC DANH MC CÁC T VIT TT DANH M DANH MC BNG DANH MC HÌNH MINH HA LI M U 1 NG QUAN 3 1.1 Tng quan v khung hi (MOFs) 3 1.1.1 Lch s phát trin 3 1.1.2 Nguyên liu tng hp MOFs 4 1.1.2.1 Các tâm ion kim loi 4 1.1.2.2 Các cu ni h 5 1.1.3 Ca MOFs 6  xây dng th cp (SBUs) 6  xp cao 8 1.1.3.3 Mi ng zeolite 9 ng hp MOFs 10 t dung môi 10  11  11 1.1.5 ng dng ca MOFs 12 1.1.5.1 Hp ph khí 13  khí 14 1.1.5.3 Xúc tác 17 1.2 Gii thiu v MOF-118 và phn ng Paal-Knorr 23 1.2.1 Gii thiu v MOF-118 23 1.2.2 Phn ng Paal-Knorr 24 1.2.3 M tài 25 C NGHIM 26 2.1 Nghiên cu tng hp vt liu MOF-118 26 2.1.1 Dng c, hóa cht và thit b 26 2.1.1.1 Dng c 26 2.1.1.2 Hóa cht 26 2.1.1.3 Thit b 26 ng hp MOF-118 29 2.2 Kho sát hot tính xúc tác ca MOF-118 trong phn ng Paal-knorr 30 2.2.1 Dng c và hóa cht 30 2.2.2 Tính cht ca tác cht và sn phm 31 T QU VÀ BÀN LUN 36 3.1 Tng hp và phân tích cu trúc MOF-118 36 3.1.1 Tng hp MOF-118 36 3.1.2 Phân tích cu trúc MOF-118 36 3.1.2.1 Phân tích XRD 36 3.1.2.2 Ph FT-IR 37 3.1.2.3 Phân tích nhit trng 38 3.1.2.4 SEM, TEM, BET và AAS 39 3.2 Kho sát phn ng 40 3.2.1 Phn ng Paal-Knorr 40 3.2.3 Kho sát các yu t ng 40 3.2.3.1 ng ca nhi 40 3.2.2.2 ng ca t l mol tác ch chuyn hóa 43 3.2.2.3 ng ca t l mol xúc tác 45 3.2.2.4 ng ca dung môi 47 3.2.3 Kho sát tính d th ca xúc tác 49 3.2.4 Kho sát i xúc tác 50 KT LUN VÀ KIN NGH 53 TÀI LIU THAM KHO PH LC DANH MC CÁC T VIT TT BPDC 4,4-biphenyldicarboxylate DMA N,N-dimethylacetamic DMF N,N-dimethylfomamide DMSO Dimethyl sulfoxide EtOH Etanol FT-IR Fourier Transform Infrared MeOH Metanol MOFs Metal Organic Framerwords SBUs Secondary Building Units XRD X-ray diffraction TGA Thermal Gravimetric Analyzer BET Brannaur-Emmett-Teller TEM Transmission Electron Microscopy SEM Scanning electron microscope TGA Thermogravimetric analysis DANH M  Phn -ethynylaniline, amine, aldehyde, xúc tác IRMOF-3-SI-Au trong dioxane. 22  2.1. Quy trình tng hp MOF-118 30  2.1 Quy trình thc hin phn ng Paal-Knorr 34  3.1 Phn ng tng hp MOF-118 36 DANH MC BNG Bng 1.1 Mt s ch thc hin phn ng dehalogen hóa 21 Bng 2.1 Danh mc cht phn ng 26 Bng 2.2 Danh mc dng c và hóa cht 31 Bng 3.1 Kt qu kho sát ng ca nhi  chuyn hóa 41 Bng 3.2 Kt qu kho sát nng ca t l mol tác ch chuyn hóa 43 Bng 3.3 Kt qu kho sát ng ca t l  chuyn hóa 45 Bng 3.4 Kt qu kho sát ng c chuyn hóa 47 Bng 3.5 Kt kho sát tính d th ca xúc tác 49 Bng 3.6 Kt qu thu hi và tái s dng 51 DANH MC HÌNH MINH HA Hình 1.1 Cu trúc MOF-117 3 Hình 1.2 Các thành phn ca MOF-5 5 Hình 1.3 Cu trúc các ligand 5 Hình 1.4 Cu ni Zn-O-C ca mi 6 Hình 1.5 Mt s SBUs ca các MOF-31, MOF-32, MOF-33 6 Hình 1.6 A) Các SBUs và góc liên kt B) Các cu ni h c7 Hình 1.7 S kt ni hai bánh xe bng các liên kt ho góc thích hp gia hai hình vuông. 8 Hình 1.8 Din tích b mt riêng ca MOFs 9 Hình 1.9 Mi zeolite 9 Hình 1.10 S minh ha hình thành MOF-5 10 Hình 1.11 Cu trúc IRMOF-3 11 Hình 1.12 Minh ha s hình thành MOF-199 12 Hình 1.13 Phân b ng dng MOFs 13 Hình 1.14 S phát trin ng d 13 Hình 1.15 Hp ph khí ca IRMOF-3 14 Hình 1.16 Các phân t khí có th khuc gi li trong các l xp trong cu trúc ca nó 14 Hình 1.17 ng hp ph ng nhit H 2 trên các MOFs khác nhau 15 Hình 1.18 So sánh kh p ph CO 2 trên các loi MOFs khác nhau 16 Hình 1.19 Kh p ph khí methane ca mt s MOFs tiêu biu 17 Hình 1.20 Tng hp MOF cha base Schiff Au(III) 18 Hình 1.21 Phn ng m vòng epoxide ca Fe(BTC) 19 Hình 1.22 Phn ng cyanosilylation 19 Hình 1.25 Phn ng Henry s dng MIL-101-NH 2 21 Hình 1.26 Phn ng Knoevenagel 22 Hình 1.27 Minh ha s gn Fe lên cu trúc MOFs và hot tính xúc tác 23 Hình 1.28 Cu trúc MOF-118 23 Hình 1.29 S liên kt các lp trong MOF-118 24 Hình 1.30  tng hp Paal-Knorr 25 Hình 2.1 h thng hot hóa schlenk-line 27 Hình 2.2 Máy quang ph hng ngoi Bruker Optics Tensor37 27 Hình 2.3 Máy hp ph Quantachchrome NOVA 2200e 28 Hình 2.4 Máy phân tích trng TGA NETZCH STA 409 P 28 Hình 2.5 Thit b nhiu x XRD Bruker AXS D8 Advantage 29 Hình 2.6 a) Máy JEOL FE-SEM 7401F, b) Máy JEOL JEM  1400 29 Hình 3.1 Kt qu phân tích XRD ca MOF-118 37 Hình 3.3 Gi phân tích TGA ca MOF-118 39 Hình 3.4 SEM ca MOF-118 39 Hình 3.5 TEM ca MOF-118 40 Hình 3.6 ng ca nhi t chuyn hóa 42 Hình 3.7 ng ca t l tác ch chuyn hóa 44 Hình 3.8 ng ca t l  chuyn hóa 46 Hình 3.9 ng c chuyn hóa 48 Hình 3.10 ng ca xúc tác 50 Hình 3.11 Kh i và tái s dng xúc tác MOF-118 52 1 LI M U  Tính cp thit ca v nhiên cu: Trong nh  ng hong v ngun nguyên liu nói chung và ngun nguyên liu hóa thch nói riêng. Bên cnh t cháy nguyên liu phc v i sng và sn xui ra bu khí quyn mng ln nhng khí thc hi gây hiu ng nhà kính, nht là khí CO 2 .  vii mt loi vt liu có kh ng dc va có th ng dng trong công nghi: xúc tác, hp ph, bán dn, thit b cm bin va góp phn ci bin v thiu h ng và v ô nhim môi ng là cp bách và cn thit. Nhiu loi vt lic nghiên cu và ng dng : zeolit, than hot tính Tuy nhiên, có mt vt liu có ting dt trt li  Tng quan tình hình nghiên cu: , nhóm nghiên cu ct liu có cu trúc xp và b mt riêng lt liu xây d b khung hu -kim loi gi là vt liu MOFs (Metal Organic Frameworks MOFs). Vt li              i ng dng ni bt cc xúc tác, tách và d tr khí So vi các vt lit liu MOFs có nhiu ti    ng c   ng. Tuy vy, vt liu MOFs v  c nghiên cu nhiu  c ta, là mt mi cho các nhà khoa hc Vit Nam.  ng và phm vi nghiên cu: Do MOFs có nhiu ng dng trong nhic khác nhau cho nên vic nghiên cu và tng hc quan tâm. Vì th, tác gi ch tài u tng hp vt liu MOFs và kho sát hot tính xúc tác ca chúng trong phn ng Paal-K [...]...2  Mục tiêu ề tài: 1 Tổng hợp MOF-118 2 Phân tích cấu trúc 3 Khảo sát hoạt tính xúc tác trong phản ứng Paal-Knorr  Phư ng pháp nghiên cứu: Tổng hợp vật liệu MOF-118 bằng phương pháp nhiệt dung môi và ứng dụng MOF-118 làm xúc tác dị thể trong phản ứng Paal-Knorr  Bố cục ề tài: Chương 1: Tổng quan Chương 2: Thực nghiệm Chương 3: Kết quả và bàn luận 3 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về khung hữu... là xúc tác hiệu quả cho phản ứng acetyl hóa aldehyde, sự khác nhau về hoạt tính xúc tác giữa các chất có kênh trống và kênh điền đầy dung môi chứng tỏ xúc tác thực sự xảy ra bên trong lỗ xốp [37] Tác giả X Zhang và cộng sự tổng hợp MOFs chứa phức base Schiff Au(III) làm xúc tác cho phản ứng ghép đôi và tạo vòng trong pha lỏng Kết quả cho thấy hoạt tính xúc tác của IRMOF-3-SI-Au cao hơn so với xúc tác. .. [44] Hình 1.25 Phản ứng Henry sử dụng MIL-101-NH2 22 Năm 2011 Yi Tan và cộng sự đã tổng hợp NH2-Zn-MOF ứng dụng làm xúc tác cho phản ứng Knoevenagel giữa Malonitrile mà benzahyde với độ chuyển hóa 98% [39] Hình 1.26 Phản ứng Knoevenagel  MOFs làm xúc tác cho phản ứng ghép ôi MOFs không những thể hiện hoạt tính như một acid hoặc bazo mà trong một số phản ứng chúng còn thể hiện hoạt tính xúc tác của một... phụ khí methane của một số MOFs tiêu biểu 1.1.5.3 Xúc tác Những năm 2006 -2007 chỉ có vài công trình nghiên cứu hoạt tính xúc tác của MOFs Từ 2008-2012 đã có rất nhiều công trình công bố về hoạt tính xúc tác của MOFs cho nhiều phản ứng khác nhau Vậy hoạt tính xúc tác của MOFs do đâu mà có? Và chúng có đặc điểm gì?  Vị trí kim loại hoạt tính: Gandara và các cộng sự đã tạo ra MOFs dạng In(III) MOF chứa... thành trong phản ứng với các MOFs chứa sắt và đã chứng tỏ hiệu quả xúc tác tốt [15] 23 Hình 1.27 Minh họa sự gắn Fe lên cấu trúc MOFs và hoạt tính xúc tác Ngoài ra MOFs còn được ứng dụng trong sinh học, khả năng phát quang và khả năng cảm biến 1.2 Giới thiệu về MOF-118 và phản ứng Paal-Knorr 1.2.1 Giới thiệu về MOF-118 MOF-118 được tổng hợp bằng phương pháp nhiệt dung môi giữa H2BPDC và Cu(NO3)2.3H2O... trong CH3CN ở nhiệt độ phòng 24h với độ chuyển hóa trên 93% Điều này cho thấy tâm kim loại trên vật liệu MOFs thể hiện tính acid khá mạnh [11] Hình 1.22 Phản ứng cyanosilylation Năm 2011, tác giả Elena Perez-Mayoral đã nghiên cứu hoạt tính xúc tác của Cu3(BTC)2 trên phản ứng Friedlander để tổng hợp Quinoline Phản ứng Friedlander thuận lợi với xúc tác Acid Lewis điều này cho thấy Cu3(BTC)2 có tâm acid... việc tổng hợp và nghiên cứu cấu trúc MOFs, các nhà khoa học trên thế giới còn đặc biệt quan tâm khám phá ứng dụng của MOFs như: lưu trữ khí, hấp phụ, tách khí, xúc tác, từ tính, phát quang…[9] Biểu đồ sau cho thấy sự phân bố các ứng dụng của vật liệu MOFs trong các lĩnh vực: 13 Hình 1.13 Phân bố ứng dụng MOFs 1 Tích trữ khí 2 Hấp phụ/tách khí chọn lọc 3 .Xúc tác 4.Từ tính 5 Phát quang 6 Điện từ 7 Đặc tính. .. thực hiện các phản ứng ghép đôi S ồ 1 Phản ứng ghép đôi N-ethynylaniline, amine, aldehyde, xúc tác IRMOF-3SI-Au trong dioxane Tanabe và Cohen đã sửa đổi MOFs có chứa amin với hai cylic anhydrit khác nhau khi đưa vào cấu trúc MOFs, các kim loại trong trường hợp này là đồng hoặc sắt Những vị trí kim loại này đóng vai trò là tâm kim loại hoạt tính là xúc tác cho phản ứng Các nhà nghiên cứu đã chứng minh bằng... và có bề mặt riêng lớn [40] Vật liệu MOFs là loại vật liệu mới ở Việt Nam, trước đây chưa có công trình nào được công bố, mãi đến năm 2008 nhóm nghiên cứu của PGS.TS Phan Thanh Sơn Nam mới bắt tay vào nghiên cứu loại vật liệu này Cho đến nay đã có nhiều công trình được đăng trên tạp chí khoa học quốc tế và tạp chí khoa học trong nước như: Nghiên cứu tổng hợp MOF-5 và ứng dụng làm xúc tác cho phản ứng. .. Trong đó việc nghiên cứu và tổng hợp ra một loại vật liệu mới nhằm thay thế các vật liệu truyền thống là vấn đề rất được các nhà khoa học quan tâm Trong phản ứng khi sử dụng xúc tác dị thể vừa tạo môi trường phản ứng ôn hòa vừa có hiệu suất tốt đồng thời độ chọn lọc sản phẩm cao Nghiên cứu này nhằm thảo luận tìm chất xúc tác dị thể mới trong tổng hợp hữu cơ nhằm đạt các yêu cầu chung Vì vậy, tác giả đạt . liu MOF-118 26 2.1.1 Dng c, hóa cht và thit b 26 2.1.1.1 Dng c 26 2.1.1.2 Hóa cht 26 2.1.1.3 Thit b 26 ng hp MOF-118 29 2.2 Kho sát hot tính xúc tác ca MOF-118. 30 2.2.1 Dng c và hóa cht 30 2.2.2 Tính cht ca tác cht và sn phm 31 T QU VÀ BÀN LUN 36 3.1 Tng hp và phân tích cu trúc MOF-118 36 3.1.1 Tng hp MOF-118 36 3.1.2. tác 45 3.2.2.4 ng ca dung môi 47 3.2.3 Kho sát tính d th ca xúc tác 49 3.2.4 Kho sát i xúc tác 50 KT LUN VÀ KIN NGH 53 TÀI LIU THAM KHO PH LC