K-OMS-2 (mangan oksit) destekli Ru(0) nanoparçaciklarin (Ru@K-OMS-2) transfer hidrojenasyon reaksiyonlarindaki katalitik etkinliklerinin incelenmesi

Transfer hidrojenasyon, moleküler hidrojenasyona oranla katalitik hidrojenasyonda kullanılan kararlı hidrojen sağlayıcıların olması sebebiyle daha kullanışlı bir metottur. Bunun yanında reaksiyonlara olan ilgi, transfer hidrojenasyonda kolaylıkla temin edilebilen alkollerin çok sayıda oluşu, daha düşük maliyetli ve çevre dostu olan reaksiyon koşulları gibi özellikleri sonucu artmaktadır. Ticari öneme sahip olan farmasötik, tarımsal madde, parfüm, tatlandırıcı ve özel malzemelerin üretimine öncülük eden ikincil alkoller, ilgili ketonların indirgenmesi sonucu elde edilirler. Karbonil bileşiklerini ilgili alkollere dönüştürmek için bu çalışmada, hidrojen kaynağı olarak oldukça kararlı, çalışılması kolay, toksik olmayan ve ucuz olmasından dolayı 2-propanol kullanıldı. Bugüne kadar transfer hidrojenasyon reaksiyonları için geliştirilen katalizörler incelendiğinde hidrojen transfer işleminin ancak uygun katalizör eşliğinde katalitik yöntemlerle gerçekleştiği görülmektedir. Günümüze kadar transfer hidrojenasyon reaksiyonlarında katalizör olarak kullanılan sistemlerin büyük çoğunluğunu Ru merkezli koordinasyon bileşikleri oluşturmakla beraber son zamanlarda artan bir ivmeyle Ru nanoparçacıklarını içeren gerek kolloidal gerekse de destekli yapılar da katalizör olarak kullanılmaktadır. Bu çalışmada heterojen metal katalizörün üretimi için ucuz ve toksik olmayan bir destekleyici malzeme olan K-OMS-2, reflüx yöntemiyle literatüre göre hazırlanıp farklı yüzdelerde (%0.1, %0.5, %1, %2, %3) Ru metalli ile Ru@K-OMS-2 nanoparçacıkları ıslak emdirme ve kimyasal indirgenme yöntemi ile sentezlendi. Ru@K-OMS-2 nanomalzemelerinin yapısal ve morfolojik özellikleri P-XRD (Toz X-ışınları kırınımı), TEM (Geçirimli Elektron Mikroskopisi), SEM(Taramalı Elektron mikroskopisi), EDX (Enerji Dağılımlı X-ışınları spektroskopisi), XPS (X-ışınları Fotoelektron spektroskopisi), BET (Brunauer-Emmett-Teller yüzey alanı tanımlanması) gibi ileri düzey analitik yöntemlerle aydınlatıldı. Daha sonra Ru@K-OMS-2 nanoparçacıkların transfer hidrojenasyon reaksiyonlarında katalitik etkinliği araştırıldı. Katalitik dönüşüm oranları gaz kromatografisi yöntemiyle tespit edildi. Yapılan incelemelere göre ağırlıkça %3 Rutenyum metali yüklü Ru@K-OMS-2 nanokatalizörünün katalitik etkinliğinin diğer nanokatalizörlerden (%0,1, %0,5, %1, %2) yüksek olduğu belirlendi. Ayrıca tez çalışmamızda sıcaklık, baz türü ve Substrat: Katalizör: Baz oranı gibi değişkenlerin transfer hidrojenasyon reaksiyonlarının performansı üzerindeki etkileri araştırıldı. Böylece %3'lük Ru@K-OMS-2 nanokatalizörüyle asetofenonun transfer hidrojenasyonundaki katalitik etkisinin 82 ºC ve 5 saatlik sürede dönüşümün %95 olduğu tespit edildi.

Transfer hydrogenation is a more useful method than molecular hydrogenation due to the presence of stable hydrogen providers used in catalytic hydrogenation. In addition, interest in the reactions is increasing due to their properties such as the large number of easily available alcohols in transfer hydrogenation and lower cost and environmentally friendly reaction conditions. Secondary alcohols, which lead to the production of commercially important pharmaceuticals, agricultural substances, perfumes, sweeteners and special materials, are obtained as a result of the reduction of the relevant ketones. To convert carbonyl compounds into the corresponding alcohols, 2-propanol was used as a hydrogen source in this study because it is very stable, easy to work with, non-toxic and inexpensive. When the catalysts developed for transfer hydrogenation reactions to date are examined, it is seen that the hydrogen transfer process can only be achieved by catalytic methods in the presence of a suitable catalyst. Although the majority of the systems used as catalysts in transfer hydrogenation reactions to date have been Ru-centered coordination compounds, recently, with increasing momentum, both colloidal and supported structures containing Ru nanoparticles are also used as catalysts. In this study, K-OMS-2, a cheap and non-toxic supporting material for the production of heterogeneous metal catalyst, was prepared according to the literature by the reflux method and Ru@K with different percentages (0.1%, 0.5%, 1%, 2%, 3%) of Ru metal. -OMS-2 nanoparticles were synthesized by wet impregnation and chemical reduction method Structural and morphological properties of Ru@K-OMS-2 nanomaterials P-XRD (Powder X-ray diffraction), TEM (Transmission Electron Microscopy), SEM (Scanning Electron microscopy), EDX (Energy Dispersive X-ray spectroscopy), XPS (X -rays were illuminated by advanced analytical methods such as Photoelectron spectroscopy), BET (Brunauer-Emmett-Teller surface area characterization). Then, the catalytic efficiency of Ru@K-OMS-2 nanoparticles in transfer hydrogenation reactions was investigated. Catalytic conversion rates were determined by gas chromatography method. According to the investigations, it was determined that the catalytic activity of the Ru@K-OMS-2 nanocatalyst loaded with 3% by weight Ruthenium metal was higher than other nanocatalysts (0.1%, 0.5%, 1%, 2%). In addition, in our thesis study, the effects of variables such as temperature, base type and Substrate: Catalyst: Base ratio on the performance of transfer hydrogenation reactions were investigated. Thus, it was determined that the catalytic effect of acetophenone in transfer hydrogenation with 3% Ru@K-OMS-2 nanocatalyst was 95% at 82 ºC and 5 hours of conversion.