Katyonik ligand - metal kompleksleri ile oksidatif metan aktivasyonu

Abstract

Küçük molekül aktivasyonu (KMA), doğadan kolayca elde edilebilen, az sayıda atomdan oluşan (su, oksijen, azot, karbondioksit, basit hidrokarbonlar vb.) bileşikleri daha karmaşık ve değerli kimyasallara çevirme süreçlerinin ilk basamağıdır ve çevresel, endüstriyel ile doğal enerji kaynaklarıyla alakalı uygulamaları sebebiyle katalitik kimya alanında önemli bir yere sahiptir. Küçük moleküller oldukça kararlıdırlar. KMA tepkimeleri bu kararlı yapılara önemli bir müdahale olması nedeniyle büyük bir enerji engeliyle karşılaşırlar. Bu sebeple KMA'da en zor adım küçük molekülde bir kovalent bağın kırıldığı ve `aktivasyon` diye adlandırılan basamaktır. Bu tez, KMA'da `aktivasyon` olarak adlandırılan basamağı kolaylaştıracak çalışmalar üzerinedir. Geçiş metali (GM) merkezli aktivatör kompleksler ile bu komplekslerin kimyasal sistemlere uygulanabilirliği açısından birinci sıra geçiş metalleri (Cr, Mn, Fe, Co, Ni) ile çalışılmıştır. Bu komplekslerin düşük reaktifliğe sahip olan metan C–H bağının kırılmasını kolaylaştırması hedeflenmektedir. Tüm bu detaylar gözönünde bulundurulduğunda C–H bağının kırıldığı basamağı bir molekül içi asit-baz tepkimesi olarak değerlendirip bu tepkimeyi kolaylaştıracak katyonik ligandlar (LK) tasarlanmıştır. Ligandlardaki katyonik halkaların metanı polarize ederek C–H aktivasyon bariyerini (TS1/2) düşürmesi hedeflenmektedir. Burada yoğunluk fonksiyoneli teorisi (DFT) ile yapılan çalışmalar ile tepkimenin seyrine ilişkin genel bir bakış sağlanmıştır.

Small molecule activation (SMA) is easily obtainable from nature, consisting of a small number of atoms (water, oxygen, nitrogen, carbon dioxide, simple hydrocarbons, etc.) is the first step of the processes of converting compounds into more complex and valuable chemicals and it has an important place in the field of catalytic chemistry due to its applications related to environmental, industrial and natural energy resources. Small molecules are very stable. KMA reactions are a major energy barrier due to the significant interference in these stable structures. For this reason, the most difficult step in SMA is the step in which a covalent bond is broken in the small molecule and called `activation`. This thesis is about the studies that will facilitate the step called `activation' in SMA. The transition metal (TM) based activator complexes and the first order transition metals (Cr, Mn, Fe, Co, Ni) were studied in terms of their applicability to chemical systems. These complexes are intended to facilitate the breakage of the low-reactivity methane C-H bond. In view of all these details, cationic ligands (LC) were designed to facilitate the reaction by evaluating the C-H bond breaking step as an intramolecular acid-base reaction. The cationic rings in the ligands are intended to reduce the C – H activation barrier (TS1/2) by polarizing methane. Here, an overview of the course of the reaction is provided by studies with density functional theory (DFT).