Studies on the catalysis by sulfated mixed oxides of tin with some rare earth elements

A comparative study of acid-base properties and catalytic activity of Sn-La and Sn-Sm mixed oxides and their corresponding sulfate modified analogues are reported in this thesis. The catalytic activity and product selectivity in the decomposition of alcohols are correlated with the acid-base and redox properties of the catalyst systems under study The effect of catalyst preparation, pretreatment and various reaction parameters on the catalytic activity of sulfate modified oxides is investigated in the oxidative dehydrogenation reactions The experimental conditions are optimised to synthesise industrially important organic chemicals viz. 2,6 xylenol, o-cresol, N-methylanilne and N,N-dimethylaniline employing the mixed oxide systems. The effect of sulfate treatment on the catalytic activity of these systems in the alkylation reactions of phenol, anisole and aniline is also investigated and the merits and demerits of sulfate treatment are highlighted.

Catalysis by Modified Pillared Clays and Porous Clay Heterostructures

In this venture three distinct class of catalysts such as, pillared clays and transition metal loaded pillared clays , porous clay heterostructures and their transition metal loaded analogues and DTP supported on porous clay heterostructures etc. were prepared and characterized by various physico chemical methods. The catalytic activities of prepared catalysts were comparatively evaluated for the industrially important alkylation, acetalization and oxidation reactions.The general conclusions drawn from the present investigation are  Zirconium, iron - aluminium pillared clays were synthesized by ion exchange method and zirconium-silicon porous heterostructures were Summary and conclusions 259 prepared by intergallery template method. Transition metals were loaded in PILCs and PCHs by wet impregnation method.  Textural and acidic properties of the clays were modified by pillaring and post pillaring modifications.  The shift in 2θ value to lower range and increase in d (001) spacing indicate the success of pillaring process.  Surface area, pore volume, average pore size etc. increased dramatically as a result of pillaring process.  Porous clay heterostructures have higher surface area, pore volume, average pore diameter and narrow pore size distribution than that of pillared clays.  The IR spectrum of PILCs and PCHs are in accordance with literature without much variation compared to parent montmorillonite which indicate that basic clay structure is retained even after modification.  The silicon NMR of PCHs materials have intense peaks corresponding to Q4 environment which indicate that mesoporous silica is incorporated between clay layers.  Thermo gravimetric analysis showed that thermal stability is improved after the pillaring process. PCH materials have higher thermal stability than PILCs.  In metal loaded pillared clays, up to 5% metal species were uniformly dispersed (with the exception of Ni) as evident from XRD and TPR analysis. Chapter 9 260  Impregnation of transition metals in PILCs and PCHs enhanced acidity of catalysts as evident from TPD of ammonia and cumene cracking reactions.  For porous clay heterostructures the acidic sites have major contribution from weak and medium acid sites which can be related to the Bronsted sites as evident from TPD of ammonia.  Pillared clays got more Lewis acidity than PCHs as inferred from α- methyl styrene selectivity in cumene cracking reaction.  SEM images show that layer structure is preserved even after modification. Worm hole like morphology is observed in TEM image of PCHs materials  In ZrSiPCHS, Zr exists as Zr 4+ and is incorporated to silica pillars in the intergallary of clay layers as evident from XPS analysis.  In copper loaded zirconium pillared clays, copper exists as isolated species with +2 oxidation state at lower loading. At higher loading, Cu exists as clusters as evident from reduction peak at higher temperatures in TPR.  In vanadium incorporated PILCs and PCHs, vanadium exist as isolated V5+ in tetrahedral coordination which is confirmed from TPR and UVVis DRS analysis.  In cobalt loaded PCHs, cobalt exists as CoO with 2+ oxidation state as confirmed from XPS.  Cerium incorporated iron aluminium pillared clay was found to be the best catalyst for the hydroxylation of phenol in aqueous media due to the additional surface area provided by ceria mesopores and its redox properties. Summary and conclusions 261  Cobalt loaded zirconium porous clay heterostructures were found to be promising catalyst for the tertiary butylation of phenol due to higher surface area and acidic properties.  Copper loaded pillared clays were found to be good catalyst for the direct hydroxylation of benzene to phenol.  Vanadium loaded PCHs catalysts were found to be efficient catalysts for oxidation of benzyl alcohol.  DTP was firmly fixed on the mesoporous channels of PCHs by Direct method and functionalization method.  DTP supported PCHs catalyst were found to be good catalyst for acetalization of cyclohexanone with more than 90% conversion.

Macrocicles nitrogenats contenint unitats de ferrocè i llurs complexos de Pal·ladi(0). Estudi estructural i aplicacions en catàlisi

La present tesi doctoral s'ha basat en la caracterització estructural i en l'estudi de les propietats catalítiques de nous complexos de pal·ladi(0) amb lligands olefínics contenint unitats de ferrocè. En una primera fase s'ha desenvolupat la síntesi d'estructures de tipus (E, E, E)-1,6,11-trisarilsulfonil-1,6,11-triazaciclopentadeca-3,8,13-triè contenint des d'una fins a tres unitats de ferrocè i s'ha estudiat la seva complexació amb pal·ladi(0). Mitjançant estudis electroquímics s'ha avaluat la seva possible aplicació en el reconeixement molecular electroquímic. Encara que aquest tipus d'estructures no han resultat vàlides per aquest tipus de processos de reconeixement, l'estudi electroquímic ha permès determinar que la presència del grup ferrocenil influeix en les propietats redox del metall complexat. S'ha descrit també l'obtenció de macrocicles pentaolefínics anàlegs de 25 membres contenint unitats de ferrocè i s'ha estudiat paral·lelament la seva complexació amb pal·ladi(0).En una segona part del treball s'han avaluat les propietats catalítiques del complex (E, E, E)-6,11-bis[(p-metilfenil)sulfonil]-1-ferrocenilsulfonil-1,6,11-triazaciclopentadeca-3,8,13-trièpal·ladi(0), en reaccions clàssicament catalitzades per pal·ladi tals com l'acoblament creuat de Suzuki o la reacció de Heck, i s'ha pogut determinar que és un catalitzador actiu en aquest tipus de reaccions, essent a més possible, la seva recuperació i reutilització. En el cas concret de la reacció de Heck s'han emprat sals de diazoni com a agents arilants i cal destacar que s'ha descrit el primer sistema catalític recuperable i reutilitzable per aquest tipus de reaccions. Mitjançant espectrometria de masses amb ionització per electrospray ha estat possible determinar el rol mecanístic del nostre complex de pal·ladi en la reacció de Heck amb sals de diazoni.Finalment, en una tercera part estructural del treball s'ha estudiat el comportament espectroscòpic dels complexos de pal·ladi(0) anteriorment mencionats, contenint des de tres unitats aríliques iguals fins a tres unitats aríliques diferents. Mitjançant RMN i difracció de raigs-X s'ha determinat que la complexitat estereoquímica dels complexos deriva dels isòmers que es poden formar mitjançant complexació del metall amb cada una de les cares dels tres dobles enllaços continguts a l'estructura.

New Ruthenium complexes containing N, P and S-donor type of ligands: coordination chemistry, characterization and application to asymetric and non-asymetric catalysis

Síntesi de nous complexos de Ruteni amb lligands no quirals que tenen per fórmula [Ru(phen)([9]aneS3)X] (on X = H2O, py i MeCN). Caracterització espectroscòpica electroquímica i estructural d'aquesta família de complexos. Estudi de les seves propietats catalítiques en front a l'oxidació de substrats orgànics com l'alcohol benzílic en reaccions d'electrocatàlisi. Avaluació cinètica dels mecanismes de substitució entre els complexos Ru-py i Ru-MeCN. Generació d'un interruptor molecular foto-induït. Síntesi de nous complexos quirals de Ru atropoisomèricament purs amb lligands oxazolínics que tenen per fórmula [Ru(trpy)(Ph-box-R)X] on (X = Cl, H2O, py, MeCN, 2-OH-py). Caracterització estructural exhaustiva en estat sòlid (Raig-X) en solució (RMN) i en fase gas (càlculs DFT). Avaluació de la seva activitat catalítica en reaccions asimmetriques d'epoxidació de substrats proquirals. Síntesi de nous lligands polipiridílics quirals amb simetria C3. Estudi de la seva química de coordinació i avaluació de la seva activitat catalítica en reaccions asimmetriques d'oxidació i reducció.

Síntesi, estructura i reactivitat de nous complexos de Cu, Ag i Ni contenint lligands triazamacrocíclics. Aplicacions en l'activació d'enllaços

· S'ha preparat i caracteritzat una família de complexos de Cu(III) contenint lligands triazamacrocíclics, estudiant-se les seves propietats estructurals, espectroscòpiques i redox. Aquesta àmplia família de complexos tenen un gran interès perquè permeten descriure les propietats dels complexos de Cu en un estat d'oxidació poc habitual i a més ens han permès mesurar de manera quantitativa l'efecte Meyerstein. · Una nova família de complexos de Cu(I) amb els lligands triazamacrocíclics es sintetitzada i caracteritzada per tècniques espectroscòpiques i estructurals, demostrant que aquests complexos presenten diferents estructures a l'estat sòlid i en dissolució. Així doncs, mentre que en dissolució es demostra per RMN que es tracta d'una espècie monomèrica, la determinació estructural per difracció de raigs X d'aquests complexos de Cu(I), ens confirma la formació d'espècies polimèriques. Per altra banda, s'ha estudiat la seva reactivitat; a) la seva implicació en la formació de lligands deuterats mitjançant l'intercanvi H/D en condicions suaus i b) la formació de complexos bisfenoxo a partir de la reactivitat entre els corresponents complexos de Cu(I) i oxigen molecular. De la mateixa manera, s'ha preparat el corresponent anàleg de Ag(I) en estat sòlid, obtenint la formació d'un polímer de Ag(I), el qual presenta a l'estat sòlid una estructura en forma de ziga-zaga, diferent a l'estructura del polímer de Cu(I), que és lineal. · S'ha determinat i proposat el mecanisme que té lloc en l'activació de l'enllaç C-H i posterior reacció de transferència per tal d'estabilitzar els productes finals mitjançant una reacció de desproporció. El seguiment de la reacció té lloc mitjançant tècniques espectroscòpiques com UV-vis. Dit seguiment, ens permet determinar les diferents influències electròniques sobre la reacció de formació dels complexos organometàl·lics de Cu(III). A més a més, el seguiment de la reacció a baixa temperatura ens permet determinar espectroscòpica i teòricament la formació d'un intermedi de Cu(II), i mitjançant la determinació dels paràmetres cinètics i termodinàmics es proposa un mecanisme de reacció. Posteriorment, s'ha assajat la reactivitat d'una sal de Cu(II) amb un lligand macrocíclic que conté un grup metil en el carboni orientat cap al centre del macrocicle, implicant la formació d'un intermedi agòstic. De la determinació estructural d'aquest intermedi de CuII i del lligand protonat, s'extreuen una sèrie de conclusions molt interessants, com són la demostració estructural de l'activació de l'enllaç C-C en la primera etapa de formació i de manera anàloga poder comparar-ho amb els sistemes macrocíclics HL2-HL6, demostrant la possible formació d'un intermedi agòstic, on es produeix l'activació de l'enllaç C-H. Aquesta similitud estaria d'acord amb els sistemes HL2-HL6, els quals espectroscòpica i teòricament s'havia detectat la presència d'un intermedi de característiques similars. Degut a l'acidesa d'aquest protó, i gràcies a la presència d'una base com és el propi lligand, aquest podia ésser extret donant lloc a la formació dels corresponents organometàl·lics de Cu(III). Dita estructura també representa un dels pocs exemples d'un organometàl·lic de CuII, un estat d'oxidació poc conegut dins d'aquest camp. · S'ha descrit la reactivitat dels nous complexos organometàl·lics de Cu(III), els quals sota medi pròtic i en condicions àcides o neutres són espècies totalment estables, però en condicions bàsiques o reductores aquestes espècies reaccionen donant lloc a la formació de noves espècies de tipus bisfenoxo, on el Cu es troba en estat d'oxidació +2. S'han caracteritzat mitjançant difracció de RX, on es s'observa l'entorn químic del Cu, la geometria del complex bisfenoxo i l'hidroxilació de l'anell aromàtic. · Finalment, s'ha descrit per primera vegada la síntesi i caracterització d'uns nous complexos organometàl·lics de Ni. Aquests són sintetitzats en base als càlculs teòrics realitzats sobre els nostres sistemes macrocíclics. Per aquests complexos hem investigat l'efecte del metall, canviant el coure per altres metalls de la primera sèrie de transició (Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn) i de la segona sèrie de transició (Ru, Rh, Pd, Ag). Els resultats demostren que el Ni(II), és el metall que presenta una major capacitat de l'activació de l'enllaç C-H en aquests sistemes aromàtics. Aquests compostos s'oxiden lentament cap a complexos de Ni(III). Per altra banda, l'addició d'una sal de clor sobre una solució d'un complex de Ni(II) permet aïllar el corresponent complex de Ni(III), caracteritzat per ressonància de spin electrònic

Katalizatory złotowo-miedziowe na nośnikach cerowych, cyrkonowych i cerowo-cyrkonowych – preparatyka, charakterystyka i zastosowanie w procesach utleniania

Wydział Chemii

Unraveling the electronic structures of low-valent naphthalene and anthracene iron complexes: x-ray, spectroscopic, and density functional theory studies

Naphthalene and anthracene transition metalates are potent reagents, but their electronic structures have remained poorly explored. A study of four Cp*-substituted iron complexes (Cp* = pentamethylcyclopentadienyl) now gives rare insight into the bonding features of such species. The highly oxygen- and water-sensitive compounds [K(18-crown- 6){Cp*Fe(η4-C10H8)}] (K1), [K(18-crown-6){Cp*Fe(η4-C14H10)}] (K2), [Cp*Fe(η4-C10H8)] (1), and [Cp*Fe(η4-C14H10)] (2) were synthesized and characterized by NMR, UV−vis, and 57Fe Mössbauer spectroscopy. The paramagnetic complexes 1 and 2 were additionally characterized by electron paramagnetic resonance (EPR) spectroscopy and magnetic susceptibility measurements. The molecular structures of complexes K1, K2, and 2 were determined by single-crystal X-ray crystallography. Cyclic voltammetry of 1 and 2 and spectroelectrochemical experiments revealed the redox properties of these complexes, which are reversibly reduced to the monoanions [Cp*Fe(η4-C10H8)]− (1−) and [Cp*Fe(η4-C14H10)]− (2−) and reversibly oxidized to the cations [Cp*Fe(η6-C10H8)]+ (1+) and [Cp*Fe(η6-C14H10)]+ (2+). Reduced orbital charges and spin densities of the naphthalene complexes 1−/0/+ and the anthracene derivatives 2−/0/+ were obtained by density functional theory (DFT) methods. Analysis of these data suggests that the electronic structures of the anions 1− and 2− are best represented by low-spin FeII ions coordinated by anionic Cp* and dianionic naphthalene and anthracene ligands. The electronic structures of the neutral complexes 1 and 2 may be described by a superposition of two resonance configurations which, on the one hand, involve a low-spin FeI ion coordinated by the neutral naphthalene or anthracene ligand L, and, on the other hand, a low-spin FeII ion coordinated to a ligand radical L•−. Our study thus reveals the redox noninnocent character of the naphthalene and anthracene ligands, which effectively stabilize the iron atoms in a low formal, but significantly higher spectroscopic oxidation state.

Density functional theory study of rutile VO2 surfaces

We present the results of a density functional theory (DFT) investigation of the surfaces of rutile-like vanadium dioxide, VO2(R). We calculate the surface energies of low Miller index planes, and find that the most stable surface orientation is the (110). The equilibrium morphology of a VO2(R) particle has an acicular shape, laterally confined by (110) planes and topped by (011) planes. The redox properties of the (110) surface are investigated by calculating the relative surface free energies of the non-stoichiometric compositions as a function of oxygen chemical potential. It is found that the VO2(110) surface is oxidized with respect to the stoichiometric composition, not only at ambient conditions but also at the more reducing conditions under which bulk VO2 is stable in comparison with bulk V2O5. The adsorbed oxygen forms surface vanadyl species much more favorably than surface peroxo species.

Analyzing Ru(III)-dmso and Ru(III)-dms motifs in compounds used in the synthesis of the antimetastatic agents

The chemistry of Ru(III) complexes containing dmso as a ligand has become an interesting area in the cancer treatment field. Because of this, structural knowledge and chemistry of the moiety Ru(III)-dmso have become important to cancer research. The crystal structures of the compounds mer-[RuCl(3)(dms)(3)] (1) and mer-[RuCl(3)(dms)(2)(dmso)]:mer-[RuCl(3)(dms)(3)] (2) were determined by X-ray crystallography and a speciation of the presence of intramolecular hydrogen bond in these structures has been studied. Compound (1) crystallizes in the orthorhombic space group, Pna2(1); a = 16.591(8) angstrom, b = 8.724(2) angstrom. c = 10.547(3) angstrom; Z = 12 and (2) crystallizes in the space group, P2(1)/C: a = 11.9930(2) angstrom, b = 7.9390(2) angstrom, c = 15.8700(3) angstrom, beta = 93.266(1)degrees, Z = 2. From the X-ray structures solved in this work, were possible to suggest an interpretation for the broad lines observed in the EPR spectra of the Ru(III) compounds explored here. Also, the exchange interactions detected by EPR spectroscopy in solid state and in solution, confirm the presence of van der Waals interactions such as C-H center dot center dot center dot Cl in the compounds (1), (2) and (3). The use of techniques such as IR, UV-vis, (1)H NMR and EPR Spectroscopy and Cyclic Voltammetry were applied in this work to analyze the behavior of these metallocompounds. (c) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Hydrogen purification for fuel cell using CuO/CeO(2)-Al(2)O(3) catalyst

CuO/CeO(2), CuO/Al(2)O(3) and CuO/CeO(2)-Al(2)O(3) catalysts, with CuO loading varying from 1 to 5 wt.%, were prepared by the citrate method and applied to the preferential oxidation of carbon monoxide in a reaction medium containing large amounts of hydrogen (PROX-CO). The compounds were characterized ex situ by X-ray diffraction, specific surface area measurements, temperature-programmed reduction and temperature-programmed reduction of oxidized surfaces; XANES-PROX in situ experiments were also carried out to study the copper oxidation state under PROX-CO conditions. These analyses showed that in the reaction medium the Cu(0) is present as dispersed particles. On the ceria, these metallic particles are smaller and more finely dispersed, resulting in a stronger metal-support interaction than in CuO/Al(2)O(3) or CuO/CeO(2)-Al(2)O(3) catalysts, providing higher PROX-CO activity and better selectivity in the conversion of CO to CO(2) despite the greater BET area presented by samples supported on alumina. It is also shown that the lower CuO content, the higher metal dispersion and consequently the catalytic activity. The redox properties of the ceria support also contributed to catalytic performance. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.

Nanoelectrodes : energy conversion and storage

Nanosized materials are known to take on peculiar properties compared to the bulk material. Their electronic and mechanical properties are known to improve e.g. higher electrical conductivity and greater strength. Their electrochemical redox properties can change dramatically, e.g. in the case of Ag°, the E° value for Ag° → Ag+ + e can change by up to half a volt as the particle size decreases. Nanodimensional materials also have an extraordinarily high surface area to volume ratio. All of these properties would bring beneficial effects if they could be retained when the material is assembled into a structure capable of being used as an electrode – nanostructured electrodes.

Here we consider selected examples illustrating the importance of nanostructured electrodes in energy conversion (organic solar cells and fuel cells) and storage (batteries and capacitors). These examples involve the use of inorganic as well as organic conducting and semiconducting materials.

Protein electrochemistry using aligned carbon nanotube arrays

The remarkable electrocatalytic properties and small size of carbon nanotubes make them ideal for achieving direct electron transfer to proteins, important in understanding their redox properties and in the development of biosensors. Here, we report shortened SWNTs can be aligned normal to an electrode by self-assembly and act as molecular wires to allow electrical communication between the underlying electrode and redox proteins covalently attached to the ends of the SWNTs, in this case, microperoxidase MP-11. The efficiency of the electron transfer through the SWNTs is demonstrated by electrodes modified with tubes cut to different lengths having the same electron-transfer rate constant.

One-Step Wet-Spinning Process of Poly(3,4-ethylenedioxythiophene):Poly(styrenesulfonate) Fibers and the Origin of Higher Electrical Conductivity

A simplified wet-spinning process for the production of continuous poly (3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate) (PEDOT:PSS) fibers is reported. Conductivity enhancement of PEDOT:PSS fibers up to 223 S cm−1 has been demonstrated when these fibers are exposed to ethylene glycol as a post-synthesis processing step. In a new spinning approach it is shown that by employing a spinning formulation consisting of an aqueous blend of PEDOT:PSS and poly(ethlylene glycol), the need for post-spinning treatment with ethylene glycol is eliminated. With this approach, 30-fold conductivity enhancements from 9 to 264 S cm−1 are achieved with respect to an untreated fiber. This one-step approach also demonstrates a significant enhancement in the redox properties of the fibers. These improvements are attributed to an improved molecular ordering of the PEDOT chains in the direction of the fiber axis and the consequential enrichment of linear (or expanded-coil like) conformation to preference bipolaronic electronic structures as evidenced by Raman spectroscopy, solid-state electron spin resonance (ESR) and in situ electrochemical ESR studies.

Lipophyllic antioxidants from Iryanthera juruensis fruits

The phytochemical investigation of the hexane extract of I,:Iryanthera juruensis (Myristicaceae) fruits led to the isolation of two tocotrienols and four lignans which exhibited antioxidant activity towards beta -carotene on TLC autographic assay. Two inactive quinones and three omega -arylalkanoic acids were also isolated. The isolates were investigated for their redox properties using cyclic voltammetry. The structure elucidation of the new compounds tone tocotrienol. one quinone and three w-arylalkanoic acids) was based on analysis of spectroscopic data, (C) 2001 Elsevier B.V. Ltd. All rights reserved.

Antioxidant flavan-3-ols and flavonol glycosides from Maytenus aquifolium

TLC autographic assay revealed, in the EtOAc extract obtained from leaves and root bark of Maytenus aquifolium (Celastraceae), the presence of five compounds exhibiting antioxidant properties towards beta-carotene. They were isolated and identified as epigallocatechin (1), (+) ouratea-catechin (2), proanthocyanidin (3), kaempferol 3-O-alpha-L-rhamnopyranosyl (1-->6)-O-[beta-D-glucopyranosyl (1-->3)-O-alpha-L-rhamnopyranosyl-(1-->2)]-O-beta-D-glucopyranosyl (4) and quercetin 3-O-alpha-L-rhamnopyranosyl (1-->6)-O-beta-D-glucopyranosyl (1-->3)-O-alpha-L-rhamnopyranosyl-(1-->2)-O-beta-D-glucopyranosyl (5). The isolates were investigated for their redox properties using cyclic voltammetry and for their radical scavenging abilities through spectrophotometric assay on the reduction of 2,2-diphenyl-pycryl hydrazyl (DPPH). These results were correlated to the inhibition of beta-carotene bleaching on TLC autographic assay and to structural features of the flavonoids. Copyright (C) 2003 John Wiley Sons, Ltd.