Đề tài nghiên cứu tổng hợp các ligand carboxylic làm tiền chất cho vật liệu MOFs mới

          [TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG KHOA CÔNG NGHỆ HÓA-THỰC PHẨM WX BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP CÁC LIGAND CARBOXYLIC LÀM TIỀN CHẤT CHO VẬT LIỆU MOFs MỚI HUỲNH THỊ NHƯ QUỲNH BIÊN HÒA, THÁNG 12/2010           TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG KHOA CÔNG NGHỆ HÓA-THỰC PHẨM WX BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP CÁC LIGAND CARBOXYLIC LÀM TIỀN CHẤT CHO VẬT LIỆU MOFs MỚI Sinh viên thực hiện : HUỲNH THỊ NHƯ QUỲNH Giáo viên hướng dẫn : TS. LÊ THÀNH DŨNG BIÊN HÒA, THÁNG 12/2010   LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn, đầu tiên tôi xin gửi lời chân thành cảm ơn sâu sắc đến thầy hướng dẫn TS. Lê Thành Dũng, người đã tận tình chỉ dẫn tôi trong quá trình thực hiện luận văn. Tôi xin cảm ơn các thầy cô, anh chị trong bộ môn Kỹ thuật Hóa hữu cơ, Trường ĐHBK Tp.HCM đã tạo điều kiện về cơ sở vật chất để tôi thực hiện thí nghiệm tố t nhất. Cảm ơn anh Từ Ngọc Thạch, chị Đặng Huỳnh Giao cùng các anh chị, các bạn cùng làm thí nghiệm tại phòng MANAR đã động viên, giúp đỡ tôi suốt thời gian tôi thực hiện luận văn. Sau cùng tôi xin cảm ơn sâu sắc đến gia đình luôn bên cạnh động viên, là chỗ dựa vững chắc cả về vật chất lẫn tinh thần để tôi yên tâm hoàn thành tốt luận văn trong thời gian qua.   MỤC LỤC Trang TRANG PHỤ BÌA LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC SƠ ĐỒ DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU LỜI MỞ ĐẦU 1 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU KHUNG HỮU CƠ – KIM LOẠI (MOFs) VÀ CÁC LIGAND CARBOXYLIC SỬ DỤNG ĐỂ CHẾ TẠO VẬT LIỆU . 3 1.1 Giới thiệu chung . 4 1.2 Vật liệu khung hữu cơ – kim loại .5 1.2.1 Cấu trúc vật liệu MOFs 5 1.2.2 Các phương pháp tổng hợp 7 1.2.2.1 Phương pháp nhiệt dung môi 7 1.2.2.2 Phương pháp vi sóng 8 1.2.2.3 Phương pháp siêu âm . 8 1.2.3 Ứng dụng của MOFs . 8 1.2.3.1 Xúc tác 9 1.2.3.2 Lưu trữ khí 10 1.3 Các ligand carboxylic để chế tạo vật liệu MOFs . 14 Chương 2: THỰC NGHIỆM 17 2.1 Hóa chất 18 2.2 Tổng hợp các ligand carboxylic . 19 2.2.1 Tổng hợp diester 2 . 19 2.2.2 Tổng hợp diester 3 . 20 2.2.3 Tổng hợp ligand 4 . 21 2.2.4 Tổng hợp ligand 5 22 Chương 3: KẾT QUẢ & THẢO LUẬN 24   3.1 Tổng hợp và phân tích cấu trúc các diester 2 và 3 . 25 3.1.1 Tổng hợp các diester 2 và 3 25 3.1.2 Phân tích đặc trưng cấu trúc diester 2 và 3 . 25 3.2 Tổng hợp và phân tích cấu trúc các ligand 4 và 5 .32 3.2.1 Tổng hợp các ligand 4 và 5 32 3.2.2 Phân tích đặc trưng cấu trúc ligand 4 và 5 33 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ . 39 1. Các kết quả đạt được .40 2. Kiến nghị . 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC CÁC PHỤ LỤC   DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Số lần xuất bản MOFs trong thập niên qua [18]. 4 Hình 1.2: Cấu trúc SBUs của MOF-5 [6] 5 Hình 1.3: Các góc kiểm soát khung kim loại-hữu cơ được tạo thành từ benzenedicarboxylic acid .6 Hình 1.4: Cấu trúc MOFs với ditopic có hai nhóm –COO đồng phẳng [13] . 6 Hình 1.5: Cấu trúc MOFs với ditopic có hai nhóm –COO không đồng phẳng [13] 7 Hình 1.6: Phân bố ứng dụng của MOFs [18] . 7 Hình 1.7: Các đường đẳng nhiệt hấp phụ H2 trên các MOFs khác nhau . 11 Hình 1.8: Cấu trúc MOF-177 . 11 Hình 1.9: Khả năng lưu trữ CO2 của MOF-177 12 Hình 1.10: So sánh khả năng hấp phụ CO2 trên các MOFs khác 12 Hình 1.11: Tính bền nhiệt và khả năng h ấp phụ Methane của IFMOF-6 . 13 Hình 1.12: Một số ligand được sử dụng trong tổng hợp MOFs [4] 15 Hình 3.1: Phổ MS của diester 2 . 26 Hình 3.2: Phổ MS của diester 3 . 26 Hình 3.3: Phổ FT-IR của diester 2 . 27 Hình 3.4: Phổ FT-IR của diester 3 . 27 Hình 3.5: Hiệu ứng cộng hưởng trong nhóm chức amide mạnh hơn trong nhóm chức ester 28 Hình 3.6: Phổ 1 H NMR của diester 2 28 Hình 3.7: Phổ 1 H NMR của diester 3 29 Hình 3.8: Phổ 13 C NMR của diester 2 . 30 Hình 3.9: Phổ 13 C NMR của diester 3 31 Hình 3.10: Phổ MS của ligand 4 . 33 Hình 3.11: Phổ MS của ligand 5 . 33 Hình 3.12: Phổ FT-IR của ligand 4 . 34 Hình 3.13: Phổ FT-IR của ligand 5 . 34 Hình 3.14: Phổ 1 H NMR của ligand 4 . 35 Hình 3.15: Phổ 1 H NMR của ligand 5 36 Hình 3.16: Phổ 13 C NMR của ligand 4 37   Hình 3.17: Phổ 13 C NMR của ligand 5 37   DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1: Tính chất của các loại IRMOFs và khả năng hấp phụ Methane [11] 13 Bảng 3.1: Tần số hấp thu (cm -1 ) của các dao động giãn nối của các diester 2 và 3 . 27 Bảng 3.2: Các độ dịch chuyển hóa học đặc trưng (ppm) và hằng số ghép spin (giá trị trong ngoặc, Hz) trong phổ NMR 1 H của diester 2 và 3 29 Bảng 3.3: Các độ dịch chuyển hóa học đặc trưng (ppm) trong phổ NMR 13 C của diester 2 và 3 31 Bảng 3.4: Tần số hấp thu (cm -1 ) của các dao động giãm nối của các ligand 4 và 5 35 Bảng 3.5: Các độ dịch chuyển hóa học đặc trưng (ppm) và hằng số ghép spin (giá trị trong ngoặc, Hz) trong phổ NMR 1 H của ligand 4 và 5 36 Bảng 3.6: Các độ dịch chuyển hóa học đặc trưng (ppm) trong phổ NMR 13 C của diester 2 và 3 38   DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ Sơ đồ 1.1: Tổng hợp MOF-5 có hai loại cầu nối [20] . 8 Sơ đồ 1.2: Phản ứng acyl hóa xúc tác MOF-5 . 10 Sơ đồ 1.3: Phản ứng Knoevenagel xúc tác MOF-199 . 10 Sơ đồ 1.4: Sơ đồ tổng hợp 1,3-azulenedicarboxylic acid [23] . 14 Sơ đồ 1.5: Sơ đồ tổng hợp N, N’, N’’-trimethyl-N, N’, N’’-tris(3-pyridyl)-1,3,5- benzenetricarboxamide [17] . 14 Sơ đồ 3.1: Tổng hợp các diester 2 và 3 . 25 Sơ đồ 3.2: Tổng hợp các ligand 4 và 5 32 Sơ đồ 3.3: Tổng hợp trực tiếp ligand 5 . 32                                           DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ CÔNG THỨC 13 C NMR Carbon-13 Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy 1 H NMR Proton Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy BDC 1,4-benzenedicarboxylates D Doubled DEF N, N-Diethylformamide DMF N, N-Dimethylformamide DMSO Dimethylsulfocid EtOH Ethanol FT-IR Fourier Transform Infrared H 2 ABDC 2-Aminobenzene-1,4-dicarboxylic acid H 2 BDC Isophthalic acid H 3 BTC Benzenetricarboxylic acid HCl Hydrochloric acid i ipso IRMOFs Isoreticular Metal Organic Frameworks KOH Potassium Hydroxide m meta MOFs Metal Organic Frameworks MS Mass Spectrometry NMR Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy o ortho s Singled SBUs Secondary Building Units t Tripled THF Tetrahydrofuran δ Chemical shift in ppm υ Frequency . Nghiên cứu tổng hợp các ligand carboxylic làm tiền chất cho vật liệu MOFs mới ” nhằm tạo ra những ligand làm tiền chất để tổng hợp vật liệu MOFs mới.  . HÓA-THỰC PHẨM WX BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP CÁC LIGAND CARBOXYLIC LÀM TIỀN CHẤT CHO VẬT LIỆU MOFs MỚI Sinh viên thực hiện :