is Íslenska en English

Lokaverkefni (Bakkalár)

Háskóli Íslands > Verkfræði- og náttúruvísindasvið > B.S. verkefni - Verkfræði- og náttúruvísindasvið >

Vinsamlegast notið þetta auðkenni þegar þið vitnið til verksins eða tengið í það: http://hdl.handle.net/1946/21595

Titill: 
  • Titill er á ensku Synthesis, Characterization and Catalytic Investigation of Metal-Organic Frameworks constructed from Salen Type Metalloligands
  • Efnasmíð, greining og könnun á hvatavirkni málmlífrænna grinda smíðuðum úr salen-afleiddum málmtenglum
Námsstig: 
  • Bakkalár
Útdráttur: 
  • Útdráttur er á ensku

    The design and synthesis of catalysts for the chemical fixation of CO2 is an area of current interest due to the increasing demand for fuel and the major contribution of CO2 to global warming. An attractive approach to use CO2 as a chemical feedstock is the coupling reaction of CO2 and epoxides to form cyclic carbonates using catalyst. Metal-organic frameworks (MOFs) are promising candidates in heterogeneous catalysis because of their unique properties, including well-defined structures, large specific surface areas and tunable structural and functional features. One of the excellent strategies to construct MOFs with high density of catalytically active metal sites is to utilize metalloligands. In efforts to synthesize MOF-based catalysts for the chemical fixation of CO2 and being inspired by highly active homogeneous metal-salen catalysts, this project involves the synthesis of salen type metalloligands and their assembly to MOFs.
    Two ester functionalized salen type ligands (5a, 5b) were readily synthesized from a chiral diamine via five step organic synthetic route. The organic intermediates are novel compounds, which were characterized by standard spectroscopic methods. Treatment of the prepared ligands with various metal salts afforded series of isopropyl ester protected salen type metalloligands (6aI-6aIII, 6bI) in good yields. The desired metalloligands (7aI-7aIII, 7bI) were obtained by base induced hydrolysis of their ester precursors. IR and ESI-MS analysis were used to elucidate the structural information of these compounds.
    Different methods for the liquid-phase synthesis of MOF materials were attempted by treating the metalloligands with various metal salts. Several coordination polymers were constructed from 7aI and Cu(II) metal ions, however no single crystals suitable for structural determination were isolated. This might be due to the high solubility of the metalloligands in organic solvents, induced by the tert-butyl substituents on the aryl backbone.
    The catalytic activity of the synthesized compounds in the cycloaddition reaction of CO2 to epoxides is presented and discussed. This work reveals that elevated temperatures and/or pressures are required for the CO2 fixation reaction to proceed.

  • Hönnun og efnasmíð á hvata til að binda og umbreyta CO2 úr andrúmsloftinu er afar eftirsóknarvert vegna aukinnar eftirspurnar eftir eldsneyti og framlagi CO2 til hnattrænnar hlýnunar. Ákjósanleg aðferð til að nota CO2 sem hráefni í efnaiðnað er hvatað kúplunarhvarf CO2 við epoxíð til að mynda hringkarbónöt. Málmlífrænar grindur eru vænlegur flokkur efna í misleitum hvötunarferlum vegna einstakra eiginleika þeirra, má þar nefna skipulagða byggingu, mikið yfirborðsflatarmál og svo er auðvelt að breyta byggingarlegum eiginleikum þeirra og virkni. Ein frábær aðferð til að smíða málmlífrænar grindur með háan þéttleika af hvatavirkum málmjónum er að nota málmtengla. Með það að markmiði að mynda hvatavirkar málmlífrænar grindur fyrir bindingu og umbreytingu á CO2 og undir áhrifum frá mjög virkum einsleitum málm-salen efnahvötum, þá felst þetta verkefni í efnasmíð á salen-afleiddum málmtenglum og tilsvarandi málmlífrænum grindum.
    Tveir estervirkjaðir salen-afleiddir tenglar (5a, 5b) voru auðveldlega smíðaðir í fimm skrefa efnasmíð, þar sem upphafsefnið var hendið tvíamín. Lífrænu milliefnin eru ný efni og þau voru sannkennd með hefðbundnum litrófsgreiningaraðferðum. Með því að hvarfa tenglana við mismunandi málmsölt þá var flokkur af ísóprópýl estervernduðum salen-afleiddum málmtenglum (6aI-6aIII, 6bI) einangraður í góðum heimtum. Eftirsóknarverðu málmtenglarnir (7aI-7aIII, 7bI) voru síðan einangraðir eftir basískt vatnsrof á ester forverum þeirra. IR og ESI-MS greiningar voru notaðar til að varpa ljósi á byggingar þessara efna.
    Mismunandi aðferðir fyrir vökvafasa efnasmíðar á málmlífrænum grindum voru prófaðar, þar sem málmtenglarnir voru hvarfaðir við margs konar málmjónir. Nokkrar tengifjölliður voru smíðaðar úr 7aI og Cu(II) málmjónum. Eftir sem áður þá voru engir nothæfir einkristallar einangraðir til að ákvarða byggingar efnanna. Það gæti hafa stafað af mikilli leysni málmtenglanna í lífrænum leysum sem tert-bútýl sethópar á arýlbakbeininu orsökuðu.
    Hvatavirkni einöngruðu efnanna í hringálagningarhvarfi CO2 og epoxíða var könnuð og þær niðurstöður eru ræddar. Niðurstöður þessarar rannsóknar gefa til að kynna að umtalað umbreytingarhvarf á CO2 þarfnast hás hitastigs og/eða þrýstings.

Samþykkt: 
  • 21.5.2015
URI: 
  • http://hdl.handle.net/1946/21595


Skrár
Skráarnafn Stærð AðgangurLýsingSkráartegund 
BSc thesis - print.pdf3.17 MBOpinnHeildartextiPDFSkoða/Opna