Heterogeneous catalysts for environmentally sustainable reactions

Abstract

This PhD work deals with problems of synthetic organic chemistry with particular attention to the development of environmentally friendly processes. In particular, new synthetic strategies have been studied based on the use of low cost heterogeneous catalysts, non-toxic reagents and mild operating conditions that do not involve, when possible, the use of solvents. The catalysts examined are both basic and acids, commercial or prepared by hetereogenization of homogeneous catalysts synthesized by tethering or impregnation. In particular it will be discussed the catalytic activity of oxides (Al2O3 and TiO2), supported sulphonic acids and hydrotalcites for the reactions of selective monoesterificazion of dicarboxylic acids, dehydrogenation of butane in gas phase, esterification of levulinic acid, Friedel-Craft acylations, C-C and C-P coupling. The use of these materials has allowed the development of simple processes with low environmental impact. The operating conditions are in fact mild and reaction times short. The selectivity for the desired products is in all reported cases very high and the catalysts can be recycled maintaining their optimum performances.

Il presente lavoro di dottorato affronta problemi della chimica sintetica organica con particolare attenzione allo sviluppo di processi eco-compatibili. In particolare sono state studiate nuove strategie sintetiche basate sull’uso di catalizzatori eterogenei a basso costo, reagenti non tossici e condizioni operative blande che non prevedano, quando possibile, l’utilizzo di solventi. I catalizzatori presi in esame sono sia basici che acidi, commerciali oppure preparati mediante etereogenizzazione di catalizzatori omogenei sintetizzati mediante tethering o impregnazione. In particolare verrà discussa l’attività catalitica di ossidi (Al2O3 e TiO2), acidi sulfonici supportati e idrotalciti per le reazioni di monoesterificazione selettiva di acidi dicarbossilici, deidrogenazione di butano in fase gas, esterificazione di acido levulinico, acilazioni di Friedel-Craft, coupling C-C e C-P. L’uso di questi materiali ha permesso lo sviluppo di processi semplici e a basso impatto ambientale. Le condizioni operative sono infatti blande e i tempi di reazione brevi. La selettività nei confronti dei prodotti desiderati è in tutti i casi riportati molto elevata e i catalizzatori possono essere riciclati mantenendo inalterate le loro performance.