Cobalt-Impregnated Magnetite as General Heterogeneous Catalyst for the Hydroacylation Reaction of Azodicarboxylates

Catalysts consisting of cobalt and nickel impregnated on magnetite have been prepared, characterized and used for the hydroacylation reaction of different azodicarboxylate compounds with aldehydes, using nearly stoichiometric amounts of both reagents in only 3 h. Furthermore, this reaction has been conducted with the smallest amount of catalyst. The cobalt catalyst is stable enough to be removed by magnetic decantation and recycled ten-fold without any detrimental effect on the results.

Hydrogen Production by Steam Reforming of Ethanol on Rh-Pt Catalysts: Influence of CeO2, ZrO2, and La2O3 as Supports

CeO2-, ZrO2-, and La2O3-supported Rh-Pt catalysts were tested to assess their ability to catalyze the steam reforming of ethanol (SRE) for H2 production. SRE activity tests were performed using EtOH:H2O:N2 (molar ratio 1:3:51) at a gaseous space velocity of 70,600 h−1 between 400 and 700 °C at atmospheric pressure. The SRE stability of the catalysts was tested at 700 °C for 27 h time on stream under the same conditions. RhPt/CeO2, which showed the best performance in the stability test, also produced the highest H2 yield above 600 °C, followed by RhPt/La2O3 and RhPt/ZrO2. The fresh and aged catalysts were characterized by TEM, XPS, and TGA. The higher H2 selectivity of RhPt/CeO2 was ascribed to the formation of small (~5 nm) and stable particles probably consistent of Rh-Pt alloys with a Pt surface enrichment. Both metals were oxidized and acted as an almost constant active phase during the stability test owing to strong metal-support interactions, as well as the superior oxygen mobility of the support. The TGA results confirmed the absence of carbonaceous residues in all the aged catalysts.

Ultrasound-assisted selective hydrogenation of C-5 acetylene alcohols with Lindlar catalysts

The selective hydrogenation of 2-methyl-3-butyn-2-ol (MBY) was performed in the presence of Lindlar catalyst, comparing conventional stirring with sonication at different frequencies of 40, 380 and 850 kHz. Under conventional stirring, the reaction rates were limited by intrinsic kinetics, while in the case of sonication, the reaction rates were 50–90% slower. However, the apparent reaction rates were found to be significantly frequency dependent with the highest rate observed at 40 kHz. The original and the recovered catalysts after the hydrogenation reaction were compared using bulk elemental analysis, powder X-ray diffraction and scanning and transmission electron microscopy coupled with energy-dispersive X-ray analysis. The studies showed that sonication led to the frequency-dependent fracturing of polycrystalline support particles with the highest impact caused by 40 kHz sonication, while monocrystals were undamaged. In contrast, the leaching of Pd/Pb particles did not depend on the frequency, which suggests that sonication removed only loosely-bound catalyst particles.

Potential of Cu–saponite catalysts for soot combustion

H– and Na–saponite supports have been prepared by several synthesis approaches. 5% Cu/saponite catalysts have been prepared and tested for soot combustion in a NOx + O2 + N2 gas flow and with soot and catalyst mixed in loose contact mode. XRD, FT-IR, N2 adsorption and TEM characterization results revealed that the use of either surfactant or microwaves during the synthesis led to delamination of the saponite support, yielding high surface area and small crystallite size materials. The degree of delamination affected further copper oxide dispersion and soot combustion capacity of the Cu/saponite catalysts. All Cu/saponite catalysts were active for soot combustion, and the NO2-assisted mechanism seemed to prevail. The best activity was achieved with copper oxide supported on a Na–saponite prepared at pH 13 and with surfactant. This best activity was attributed to the efficient copper oxide dispersion on the high surface area delaminated saponite (603 m2 g−1) and to the presence of Na. Copper oxide reduction in H2-TPR experiments occurred at lower temperature for the Na-containing catalysts than for the H-containing counterparts, and all Cu/Na–saponite catalysts were more active for soot combustion than the corresponding Cu/H–saponite catalysts.

Structured carbons as supports for hydrogenation hybrid catalysts prepared by the immobilization of a Rh diamine complex

A CNF-monolith sample (carbon nanofibres grown on a ceramic monolith), and a granular carbon xerogel have been used as supports for hybrid catalysts where the active species is an Rh diamine complex. The advantages of these supports are their open porous structure and their morphology, which make catalyst handling easier and avoid difficult separation processes. The obtained catalysts are noticeably more active than the homogeneous Rh complex and are stable against leaching. At first use, partial reduction of the Rh complex takes place and nanometer-sized Rh particles develop, which increases the catalyst activity. Despite the open porous structure, mass transport limitations are present, especially in the case of the carbon xerogel based catalyst. Differences in internal mass transfer limitations are essentially due to the different diffusional path lengths.

Magnetically separable mesoporous Fe3O4/silica catalysts with very low Fe3O4 content

Two magnetically separable Fe3O4/SiO2 (aerogel and MSU-X) composites with very low Fe3O4 content (<1 wt%) have been successfully prepared at room temperature by co-condensation of MPTES-functionalized Fe3O4 nanoparticles (NPs) with a silicon alkoxide. This procedure yields a homogeneous incorporation of the Fe3O4 NPs on silica supports, leading to magnetic composites that can be easily recovered using an external magnetic field, despite their very low Fe3O4 NPs content (ca. 1 wt%). These novel hybrid Fe3O4/SiO2 materials have been tested for the oxidation reaction of 3,3′,5,5′-tetramethylbenzidine (TMB) with hydrogen peroxide showing an enhancement of the stability of the NPs in the Fe3O4/silica aerogel as compared to the Fe3O4 NPs alone, even after five catalytic cycles, no leaching or agglomeration of the Fe3O4/SiO2 systems.

NOx storage and reduction over copper-based catalysts. Part 2: Ce0.8M0.2Oδ supports (M = Zr, La, Ce, Pr or Nd)

5% copper catalysts with Ce0.8M0.2Oδ supports (M = Zr, La, Ce, Pr or Nd) have been studied by rapid-scan operando DRIFTS for NOx Storage and Reduction (NSR) with high frequency (30 s) CO, H2 and 50%CO + 50%H2 micropulses. In the absence of reductant pulses, below 200–250 °C NOx was stored on the catalysts as nitrite and nitro groups, and above this temperature nitrates were the main species identified. The thermal stability of the NOx species stored on the catalysts depended on the acid/basic character of the dopant (M more acidic = NOx stored less stable ⇒ Zr4+ < none < Nd3+ < Pr3+ < La3+ ⇐ M more basic = NOx stored more stable). Catalysts regeneration was more efficient with H2 than with CO, and the CO + H2 mixture presented an intermediate behavior, but with smaller differences among the series of catalyst than observed using CO alone. N2 is the main NOx reduction product upon H2 regeneration. The highest NOx removal in NSR experiments performed at 400 °C with CO + H2 pulses was achieved with the catalyst with the most basic dopant (CuO/Ce0.8La0.2Oδ) while the poorest performing catalyst was that with the most acidic dopant (CuO/Ce0.8Zr0.2Oδ). The poor performance of CuO/Ce0.8Zr0.2Oδ in NSR experiments with CO pulses was attributed to its lower oxidation capacity compared to the other catalysts.

The syntheses and characterization of nickel complexes; investigation of Ni(dppp)2 and [NiX(dppp)n]x, potentially catalytically active nickel(0)/(I) species for cross-coupling reactions

This thesis describes an investigation in which we compare Ni(0), Ni(I) and Ni(II) complexes containing 1,3-bis(diphenylphosphino)propane (dppp) as a phosphine ligand for their abilities to effect three types of cross-coupling reactions: Buchwald-Hartwig Amination, Heck-Mizoroki, and Suzuki-Miyaura cross-coupling reactions with different types of substrates. The Ni(0) complex Ni(dppp)2 is known and we have synthesized it via a new procedure involving zinc reduction of the known NiCl2(dppp) in the presence of an excess of dppp. The Ni(0) complex was characterized by NMR spectroscopy and X-ray crystallography. Since Ni(I) complexes of dppp seem unknown, we have synthesized what at this stage appear to be NiXdpppn/[NiX(dppp)n]x (X = Cl, Br, I; n = 1,2, x = 1, 2) by comproportionation of molar equivalents of Ni(dppp)2 and NiX2dppp, X= Cl, Br, I.

Carbon nanotubes as catalysts for wet peroxide oxidation: structure-reactivity relationships

Magnetic neat and N-doped carbon nanotubes with different properties have been synthesized by chemical vapour deposiüon and tested in the catalytic wet peroxide oxidation of 4-nitrophenol solutions (5 g L') at relatively mild operating conditions (atmospheric pressure, T = 50 °C, pH = 3)~using a catalyst load = 2.5 g L-' and [H202]o = 17.8 g L-1. The results demonstrate that the catalyst hydrophobicity/ hydrophilicity is a detenninant property in the CWPO reaction, since it affects the rate ofH202 decomposition. The controlled formation ofreactive radicais (HO* and HOO*) at hydrophobic surfaces avoids the formation of non-reactive species (02 and H20), increasing.

Metal-free catalysts derived from lignin for efficient wet peroxide oxidation

In this work, a wheat and hemp lignin (Sarkanda, Granit S.A.) has been used as raw material for the development of metal-free activated carbons. These materials were tested in the catalytic wet peroxide oxidation (CWPO) of 4-nitrophenol (4-NP; 5 g L-1) during 24 h experiments conducted at relatively mild operating conditions (p = 1 atm, t = 50 °C, pH = 3, catalyst load = 2.5 g L-1 and [H2O2]0 = 17.8 g L-1). First, the lignin was carbonized under N2 atmosphere followed by the activation of the obtained non-porous carbon (LG) under air atmosphere at different temperatures (150 to 350 ºC), leading to the generation of significant porosity.

Réaction d’amination intramoléculaire de liens C-H à partir de N-mésyloxycarbamates catalysée par des complexes de rhodium et d’autres métaux de transition : s ynthèse verte d’oxazolidinones

La réaction d’amination de liens C-H, impliquant la transformation directe d’un lien C-H en lien C-N constitue une approche synthétique d’avenir pour la préparation de composés azotés. L’application de cette stratégie de manière intramoléculaire apparaît comme une approche puissante pour la synthèse de composés hétérocycliques. En particulier, les oxazolidinones, carbamates cycliques à cinq chaînons, constituant une nouvelle classe d’antibiotiques très prometteuse, pourraient être synthétisées par cette méthode. Il y a moins d’une dizaine d’années, notre groupe de recherche a travaillé sur le développement de méthodologies utilisant des espèces nitrènes métalliques pour l’amination intra et intermoléculaire. Les N-tosyloxycarbamates, en présence d’une base et d’un catalyseur dimère de rhodium (II) tétracarboxylate sont les précurseurs de ces espèces nitrènes métalliques, capables de faire l’insertion de liens C(sp3)-H. Dans ces travaux de thèse, nous avons travaillé sur le développement d’une méthode plus « verte » d’amination intramoléculaire. Les N-mésyloxycarbamates, plus légers que leurs homologues N-tosyloxycarbamates, ont été identifiés comme d’excellents précurseurs de nitrènes. La méthodologie développée ne nécessite que 3 mol % de dimère de rhodium Rh2(tpa)4 et de 1,5 équivalents de solution aqueuse saturée de K2CO3, le tout dans l’acétate d’éthyle et donne de bons rendements de cyclisation. Une étude de l’étendue réactionnelle a été effectuée, montrant la tolérance et les limitations de notre système catalytique : les hétéroatomes ne posent pas de problèmes hormis l’atome d’azote, qui doit être protégé afin de garantir la transformation. En outre, nous avons constaté que les liens C-H aliphatiques secondaires sont moins réactifs que les liens tertiaires. Après avoir tenté de développer des conditions réactionnelles spécifiques aux liens C-H non activés, nous avons montré la possibilité d’aminer des liens C-H propargyliques de manière chimiosélective ; la triple liaison C-C peut ensuite être dérivatisée efficacement, donnant accès à la formule saturée correspondante ainsi qu’à d’autres motifs. Dans un désir de substituer les complexes de rhodium par d’autres complexes de métaux plus abondants et moins dispendieux, nous nous sommes tournés, dans un premier temps, vers les complexes de fer et par la suite, vers les pinceurs de nickel. Les phtalocyanines de fer ont été identifiées comme étant de bons catalyseurs de l’amination intramoléculaire de N-mésyloxycarbamates. Le chlorure de phtalocyanine de fer (III), en présence d’un sel de AgBF4 et de K2CO3, dans le 1,1,2,2-tétrachloroéthane anhydre, permet l’obtention de la 4-phenyloxazolidin-2-one avec 63% de rendement. En outre, il est possible d’atteindre un rendement de 49% à partir du même substrat N-mésyloxycarbamate, par catalyse avec un pinceur de nickel de type POCN, en présence d’un sel de mésylate. Des indices sur le mécanisme des ces deux transformations ont pu être recueillis lors de la courte étude de ces systèmes.

Réaction d’amination intramoléculaire de liens C-H à partir de N-mésyloxycarbamates catalysée par des complexes de rhodium et d’autres métaux de transition : s ynthèse verte d’oxazolidinones

La réaction d’amination de liens C-H, impliquant la transformation directe d’un lien C-H en lien C-N constitue une approche synthétique d’avenir pour la préparation de composés azotés. L’application de cette stratégie de manière intramoléculaire apparaît comme une approche puissante pour la synthèse de composés hétérocycliques. En particulier, les oxazolidinones, carbamates cycliques à cinq chaînons, constituant une nouvelle classe d’antibiotiques très prometteuse, pourraient être synthétisées par cette méthode. Il y a moins d’une dizaine d’années, notre groupe de recherche a travaillé sur le développement de méthodologies utilisant des espèces nitrènes métalliques pour l’amination intra et intermoléculaire. Les N-tosyloxycarbamates, en présence d’une base et d’un catalyseur dimère de rhodium (II) tétracarboxylate sont les précurseurs de ces espèces nitrènes métalliques, capables de faire l’insertion de liens C(sp3)-H. Dans ces travaux de thèse, nous avons travaillé sur le développement d’une méthode plus « verte » d’amination intramoléculaire. Les N-mésyloxycarbamates, plus légers que leurs homologues N-tosyloxycarbamates, ont été identifiés comme d’excellents précurseurs de nitrènes. La méthodologie développée ne nécessite que 3 mol % de dimère de rhodium Rh2(tpa)4 et de 1,5 équivalents de solution aqueuse saturée de K2CO3, le tout dans l’acétate d’éthyle et donne de bons rendements de cyclisation. Une étude de l’étendue réactionnelle a été effectuée, montrant la tolérance et les limitations de notre système catalytique : les hétéroatomes ne posent pas de problèmes hormis l’atome d’azote, qui doit être protégé afin de garantir la transformation. En outre, nous avons constaté que les liens C-H aliphatiques secondaires sont moins réactifs que les liens tertiaires. Après avoir tenté de développer des conditions réactionnelles spécifiques aux liens C-H non activés, nous avons montré la possibilité d’aminer des liens C-H propargyliques de manière chimiosélective ; la triple liaison C-C peut ensuite être dérivatisée efficacement, donnant accès à la formule saturée correspondante ainsi qu’à d’autres motifs. Dans un désir de substituer les complexes de rhodium par d’autres complexes de métaux plus abondants et moins dispendieux, nous nous sommes tournés, dans un premier temps, vers les complexes de fer et par la suite, vers les pinceurs de nickel. Les phtalocyanines de fer ont été identifiées comme étant de bons catalyseurs de l’amination intramoléculaire de N-mésyloxycarbamates. Le chlorure de phtalocyanine de fer (III), en présence d’un sel de AgBF4 et de K2CO3, dans le 1,1,2,2-tétrachloroéthane anhydre, permet l’obtention de la 4-phenyloxazolidin-2-one avec 63% de rendement. En outre, il est possible d’atteindre un rendement de 49% à partir du même substrat N-mésyloxycarbamate, par catalyse avec un pinceur de nickel de type POCN, en présence d’un sel de mésylate. Des indices sur le mécanisme des ces deux transformations ont pu être recueillis lors de la courte étude de ces systèmes.

Environmental exposure to airborne contaminants in the nickel industry, 1976-1977 /

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