The activity of silica immobilized palladium N-heterocyclic carbene complexes toward mizoroki-heck reaction and their characterization

Abstract

Adı-Soyadı: Özge AKSINOkul: İzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüAnabilim Dalı: KimyaProgramı: Kimya (Yüksek Lisans)Tez Başlığı: Silika Bağlı Paladyum N-Heterohalkalı Karben KomplekslerininMizoroki-Heck Reaksiyonunda Aktivitesi ve Karakterizasyonu.ÖZETC-C bağ oluşturan tepkimeler, kimyada yer alan proseslerin enönemlilerinden biridir. Yaygın olarak Mizoroki-Heck (M-H) tepkimesi olarak bilinenpaladyum katalizli tepkime aril ve vinil halojenlerin olefinler ile C-C kenetlenmesininoluşumunda etkili bir metotdur.Bu tezde; yeni sentezlenen doymuş ve moleküler yapılı, Pd-N-Heterohalkalıkarben (Pd-NHK) komplekslerin trialkoksi silan grupları aracılığı ile silika yüzeyinebağlanarak aril halojenürlerin M-H tepkimesinde katalizör olarak uygulamalarıaraştırılmıştır .Yeni sentezlenen Pd-NHK komplekslerin karakterizasyonu elementel analiz,NMR ve X-ray kristallografi teknikleri kullanılarak yapılmıştır.Alınan sonuçlar neticesinde, silikaya bağlı doymuş Pd-NHK' lerin 140ºC de1,5 molar eşdeğer Na2CO3 bazı varlığında iyodo- ve bromoarenlerin stiren ve butilakrilat ile M-H tepkimesinde yüksek aktiviteye sahip oldukları bulunmuştur.Katalizör, reaksiyon ortamı aril halojenüre göre %0,5 Pd derişimi içerdiğinde 4-iyodoanisol, 4-bromoasetofenon, 4-iyodoasetofenon, iyodobenzen ve 4-iyodotolueniçin en az 8 kullanım boyunca aktivitesini korumuştur.Katalizör yüksek döngü sayılarına (104-105, TON) ulaşabilmiştir. Daha düşükPd derişimleriyle daha yüksek döngü çokluğu (TOF) sağlanmıştır. AAS ile yapılananalizler sonucu reaksiyonun ilk zamanlarında çözeltiye silika yüzeyinden bir miktarPd çözündüğü saptanmıştır. Bu bulgu ile birlikte kullanılmış katalizör yüzeyinde,geçirimli elektron mikroskop (TEM) analizleri sonucu, kümelenmiş Pd tanecikleriningözlenmesi tepkimelerin homojen katalizli olarak gerçekleştiği fikrini vermektedir.Tepkime sırasında katalizör çözeltiye çözünebilen Pd vermektedir. Bu çözünmüş Pdreaksiyon döngüsünde katalizör işlevi görmekte ve tepkime sonunda silika yüzeyindekatalitik aktivitesi daha düşük bir yapıya sahip Pd kümelerine dönüşmektedir.Tepkime sonunda çözelti ortamında paladyuma rastlanmaması ürün saflığı açısındanolumlu bir sonuçtur.

Name: Özge AKSINSchool: İzmir Institute of TechnologyDepartment: ChemistryMajor: Chemistry (Master)Title of Thesis: The Activity of Silica Immobilized Palladium N-HeterocyclicCarbene Complexes Toward Mizoroki-Heck Reaction and TheirCharacterization.ABSTRACTC-C bond formation reactions are among the important processes inchemistry. A palladium-catalyzed reaction, commonly known as the Mizoroki-Heck(M-H) reaction, is a powerful method in construction of C-C coupling of olefins witharyl and vinyl halides.This thesis describes, mainly development and applications of novel silicaanchored saturated molecular Pd-N-heterocyclic carbene (Pd-NHC) catalysts towardthe M-H reactions of aryl halides.Characterization of the novel Pd-NHC complexes were performed usingelemental analysis, NMR and X-ray crystallography techniques. The synthesizedcomplexes were anchored over an amorphous silica surface through their triethoxysilane groups.On the basis of the results, the silica supported saturated Pd-NHCs were foundto be highly active catalyst precursors for Mizoroki-Heck reactions of iodo- andbromoarenes with styrene and butyl acrylate olefins, when reactions were performedat 140 ºC in the presence of 1.5 molar equivalent Na2CO3 base. The catalyst preservedits original activity for 4-iodoanisole, 4-bromoacetophenone, 4-iodoacetophenone,iodobenzene and 4-iodotoluene reagents at least for 8 uses when Pd concentration,with respect to the aryl halide, was 0.5% in the reaction medium.The catalyst afforded high turnover numbers, 104-105. The higher turnoverfrequencies were realized at the lower Pd concentrations. The AAS analyses revealedthe presence of dissolved Pd species within the reaction medium at the early stages ofreaction. Along with this finding, determination of Pd agglomerates onto silicasurface by TEM examination indicates that the catalyst acted as a Pd reservoir andreactions were catalyzed homogeneously. In the course of reaction, Pd is liberalized tothe solution involved with the reaction cycle and deposited onto silica surface to leadto form less active Pd agglomerates. That no trace of dissolved Pd was detected at theend of reaction by AAS is a positive finding for the purity of product.