Εφαρμογές νανοσωματιδίων μετάλλων και μεταλλοοργανικών σκελετών στην ετερογενή κατάλυση οργανικών μετασχηματισμών
Authors: Λουκά Αναστασία 
Published: October 2021

Η παρούσα διδακτορική διατριβή περιλαμβάνει νέες καταλυτικές μεθοδολογίες που βασίζονται σε ενεργοποίηση των δεσμών Si-H, Ge-H και Ge-Ge από νανοσωματίδια Au στην επιφάνεια TiO2 και την επακόλουθη αντίδρασή τους με αλκύνια, αλλένια, εποξείδια, αμίδια ή ιμίνες, καθώς και προκαταρκτικά αποτελέσματα μηχανιστικής μελέτης που αφορά στη σύζευξη του CO2 με εποξείδια παρουσία ενός μεταλλοοργανικού σκελετού του Zr.Στο Κεφάλαιο 1 παρουσιάζεται η εντυπωσιακή δραστικότητα ενός διυδροσιλανίου (διαιθυλοσιλάνιο) ως αναγωγικό αντιδραστήριο σε διεργασίες όπως η αναγωγική αμίνωση καρβονυλικών ενώσεων και η αναγωγή αμιδίων σε αμίνες παρουσία νανοσωματιδίων Au ως καταλύτη. Διαπιστώθηκε πως το διαιθυλοσιλάνιο είναι με διαφορά το πλέον δραστικό σιλάνιο που έχει αναφερθεί στη βιβλιογραφία σε αναγωγικές διεργασίες, επιτελώντας τις αντιδράσεις ποσοτικά και με εξαιρετικά μεγάλη ταχύτητα. Επιπρόσθετα, αναπτύχθηκε μια νέα μεθοδολογία σύνθεσης Ν-αρυλοϊσοϊνδολινών κατά την αναγωγική αμίνωση της ο-φθαλαλδεΰδης με 2 ισοδύναμα ανιλινών παρουσία διαιθυλοσιλανίου και νανοσωματίδιων Au. Η ιδιάζουσα αναγωγική συμπεριφορά του διαιθυλοσιλανίου αποδίδεται στον σχηματισμό των δραστικών διυδριδίων Αu στην επιφάνεια του νανοσωματιδίου. Η εργασία αυτή δημοσιεύθηκε ως άρθρο VIP στο επιστημονικό περιοδικό European Journal of Organic Chemistry (Louka, A.; Saridakis, I.; Kidonakis, M.; Zantioti-Chatzouda, E.-M.; Stratakis, M. Eur. J. Org. Chem. 2020, 3508-3514. [Highlighted in SYNFACTS; Synfacts 2020, 16, 1205]).Στο Κεφάλαιο 2 παρουσιάζεται για πρώτη φορά στη βιβλιογραφία η ικανότητα των νανοσωματιδίων Au να ενεργοποιούν το δεσμό Ge-H υδρογερμανίων και Ge-Ge διγερμανίων με την επακόλουθη προσθήκη τους σε αλκύνια και αλλένια. Το πεδίο της χημείας των οργανογερμανίων έχει αποκτήσει ιδιαίτερο ενδιαφέρον τα τελευταία χρόνια και τα παραγόμενα βινυλογερμάνια αναμένεται να αποτελέσουν μια ενδιαφέρουσα κατηγορία ενώσεων προς μελέτη καταλυόμενων αντιδράσεων σύζευξης C-C. Στα πλαίσια αυτής της διατριβής μελετήθηκαν προκαταρκτικά και οι αντιδράσεις σύζευξης των cis-1,2-διγερμυλο αλκενίων με αρυλο ιωδίδια παρουσία νανοσωματιδίων Pd. Η μελέτη διγερμανυλίωσης αλκυνίων και υδρογερμανυλίωσης αλλενίων δημοσιεύθηκε πρόσφατα στο περιοδικό Organic Letters (Louka, A.; Stratakis, M. Org. Lett. 2021, 23, 3599-3603).Στο Κεφάλαιο 3 αναφέρεται για πρώτη φορά στην βιβλιογραφία η ικανότητα νανοσωματιδίων Au να καταλύουν την αποξυγόνωση εποξειδίων προς τα αντίστοιχα αλκένια χρησιμοποιώντας ως αποδέκτη του ατόμου οξυγόνου το δεσμό Ge-Ge του εξαμεθυλοδιγερμανίου (Me3GeGeMe3) το οποίο και μετατρέπεται σε Me3GeΟGeMe3. Η αντίδραση είναι ποσοτική σε μονο- και δι-ϋποκατεστημένα εποξείδια, επιτρέποντας έτσι την εκλεκτική αποξυγόνωση του λιγότερο υποκατεστημένου εποξειδίου σε ένα διεποξείδιο. Στερεοϊσοτοπικές και κινητικές μελέτες έδειξαν ότι στα αρυλο εποξείδια η αντίδραση πραγματοποιείται με μερική διατήρηση στερεοχημείας, ενώ στα αλκυλο σχεδόν αποκλειστικά με διατήρηση στερεοχημείας. Η μελέτη αυτή έχει αποσταλεί προς αξιολόγηση σε επιστημονικό περιοδικό.Στο Κεφάλαιο 4 παρατίθενται προκαταρκτικά αποτελέσματα από την εξέταση του μηχανισμού σύζευξης του CO2 με εποξείδια προς σχηματισμό κυκλικών ανθρακικών εστέρων, καταλυόμενη από ένα MOF του Zr (PCN-521). Απαιτούνται ακόμα σημαντικά πειράματα ώστε να εξαχθεί ένα βέβαιο μηχανιστικό συμπέρασμα, αν και υπάρχουν ήδη κάποιες ενδείξεις. Η ολοκλήρωση αυτής της εργασίας μελλοντικά πιστεύουμε ότι θα είναι σημαντική στη βιβλιογραφία, καθότι δεν υπάρχει δημοσιευμένη έως τώρα καμμιά μηχανιστική μελέτη αυτής της μετατροπής.