Vízoldható foszfint tartalmazó ródium- és ruténiumkatalizátorok működési mechanizmusának vizsgálata

Hasonló dokumentumok
CO 2 homogénkatalitikus redukciója vizes közegben. Homogeneous catalytic reduction of CO 2 in aqueous medium

Vízoldható foszfint tartalmazó ródium- és ruténium-katalizátorok működési mechanizmusának vizsgálata

A széndioxid katalitikus aktiválásának elméleti tanulmányozása

CO 2 aktiválás - a hidrogén tárolásban

Új, vízoldható Ru(II)-foszfin komplexek előállítása és katalitikus alkalmazása. Horváth Henrietta

Új utak a homogén katalízisben

PANNON EGYETEM. 2,3-DIHIDRO-2,2,2-TRIFENIL-FENANTRO-[9,10-d]-1,3,2λ 5 -OXAZAFOSZFOL KIALAKULÁSA ÉS REAKCIÓJA SZÉN-DIOXIDDAL ÉS DIOXIGÉNNEL

Katalízis. Tungler Antal Emeritus professzor 2017

ETÁN ÉS PROPÁN ÁTALAKÍTÁSA HORDOZÓS PLATINAFÉM- ÉS RÉNIUM- KATALIZÁTOROKON

1) CO 2 hidrolízise a) semleges és b) bázikus körülmények között.

VÍZBEN ROSSZUL OLDÓDÓ KARBONÁTOK HOMOGÉNKATALITIKUS HIDROGÉNEZÉSE ÁTMENETIFÉM-KOMPLEXEKKEL. Doktori (PhD) értekezés tézisei.

Platina alapú kétfémes katalizátorok jellemzése

Adatgyűjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb műszerei

AZ ACETON ÉS AZ ACETONILGYÖK NÉHÁNY LÉGKÖRKÉMIAILAG FONTOS ELEMI REAKCIÓJÁNAK KINETIKAI VIZSGÁLATA

Többértékű savak és bázisok Többértékű savnak/lúgnak azokat az oldatokat nevezzük, amelyek több protont képesek leadni/felvenni.

AMINOKARBONILEZÉS ALKALMAZÁSA ÚJ SZTERÁNVÁZAS VEGYÜLETEK SZINTÉZISÉBEN

FÉMIONOKKAL ALKOTOTT FÉM- FÉM KÖTÉST TARTALMAZÓ CIANO KOMPLEXEI SZERKEZETÉNEK ÉS FLUXIONALITÁSÁNAK VIZSGÁLATA NMR SPEKTROSZKÓPIA ALKALMAZÁSÁVAL

Kémiai reakciók. Közös elektronpár létrehozása. Általános és szervetlen kémia 10. hét. Elızı héten elsajátítottuk, hogy.

XXXVII. KÉMIAI ELŐADÓI NAPOK

Egyetemi doktori (PhD) értekezés tézisei. Vízoldható Ru(II)- és Rh(I)-foszfin komplexek szintézise és alkalmazása kétfázisú katalízisben

Lipidkeverékek hidrogénezése vizes közegben palládium(ii)-alizarinvörös és ruténium(ii)-karbén komplex katalizátorokkal.

Gyenge kölcsönhatások karbonilezési reakciók során Záróbeszámoló (2007)

PALLÁDIUM KATALIZÁLT KARBONILEZÉSI REAKCIÓK PETZ ANDREA ALKALMAZÁSA SZINTÉZISEKBEN TÉMAVEZETİ: DR. KOLLÁR LÁSZLÓ EGYETEMI TANÁR. PhD értekezés tézisei

A GAMMA-VALEROLAKTON ELŐÁLLÍTÁSA

Kémiai reakciók mechanizmusa számítógépes szimulációval

A dinamikai viselkedés hőmérséklet-függése és hőmérséklet-kompenzáció oszcillációs kémiai reakciókban. Doktori (PhD) értekezés tézisei.

PÉCSI TUDOMÁNYEGYETEM

R R C X C X R R X + C H R CH CH R H + BH 2 + Eliminációs reakciók

VÍZOLDHATÓ ALKIL- ÉS DIALKIL-FOSZFINOK SZINTÉZISE

Katalitikus karbonilezési reakciók vizsgálata Záróbeszámoló ( )

Savak bázisok. Csonka Gábor Általános Kémia: 7. Savak és bázisok Dia 1 /43

Közös elektronpár létrehozása

A SZTE KDI képzési terve

Szerves Kémiai Problémamegoldó Verseny

Reakciókinetika és katalízis

1. feladat. Versenyző rajtszáma:

Név: Pontszám: / 3 pont. 1. feladat Adja meg a hiányzó vegyületek szerkezeti képletét!

BIOSZORBENSEK ELŐÁLLÍTÁSA MEZŐGAZDASÁGI HULLADÉKOKBÓL SZÁRMAZÓ, MÓDOSÍTOTT CELLULÓZROSTOK FELHASZNÁLÁSÁVAL

GÁZOK FOURIER-TRANSZFORMÁCIÓS INFRAVÖRÖS

Platina-alkil-komplexek elemi reakcióinak vizsgálata és alkalmazása hidroformilezési reakciókban. Jánosi László

I. Bevezetés. II. Célkitűzések

KIRÁLIS I FORMÁCIÓK TERJEDÉSI MECHA IZMUSA ALKIL-KOBALT-TRIKARBO IL- FOSZFÁ KOMPLEXEKBE. Doktori (PhD) értekezés tézisei. Kurdi Róbert.

Kinetika. Általános Kémia, kinetika Dia: 1 /53

Kémiai reakciók. Kémiai reakció feltételei: Aktivált komplexum:

Ru(II) és Rh(I) foszfin komplexek katalitikus alkalmazásai folyadék-folyadék és szilárd-folyadék rendszerekben

Savak bázisok. Csonka Gábor Általános Kémia: 7. Savak és bázisok Dia 1 /43

C-Glikozil- és glikozilamino-heterociklusok szintézise

ALKÍMIA MA Az anyagról mai szemmel, a régiek megszállottságával.

DOKTORI (PhD) ÉRTEKEZÉS TÉZISEI. Szintay Gergely. Veszprémi Egyetem. Általános és Szervetlen Kémia Tanszék

SZAKMAI ÖNÉLETRAJZ Mészáros János Péter

Fémorganikus kémia 1

KÉMIA ÍRÁSBELI ÉRETTSÉGI- FELVÉTELI FELADATOK 1997

Reakciómechanizmusok vizsgálata elméleti módszerekkel metodológiai fejlesztésektől az alkalmazásokig

Szerves kémiai szintézismódszerek

Sav bázis egyensúlyok vizes oldatban

A kémiatanári zárószigorlat tételsora

Reakciókinetika. Általános Kémia, kinetika Dia: 1 /53

ZÁRÓJELENTÉS. OAc. COOMe. N Br

Általános kémia vizsgakérdések

Szemináriumi feladatok (alap) I. félév

DR. LAKATOS ÁKOS PH.D PUBLIKÁCIÓS LISTÁJA B) TUDOMÁNYOS FOLYÓIRATBELI KÖZLEMÉNYEK

Az SZTE KDI képzési terve

Kémiai alapismeretek 6. hét

Indikátorok. brómtimolkék

Összefoglalók Kémia BSc 2012/2013 I. félév

1. feladat Összesen: 8 pont. 2. feladat Összesen: 11 pont. 3. feladat Összesen: 7 pont. 4. feladat Összesen: 14 pont

ZÁRÓJELENTÉS. Fény hatására végbemenő folyamatok önszerveződő rendszerekben

Szabó Andrea. Ph.D. értekezés tézisei. Témavezető: Dr. Petneházy Imre Konzulens: Dr. Jászay M. Zsuzsa

FOSZFIN-FOSZFIT TÍPUSÚ KIRÁLIS LIGANDUMOK ELŐÁLLÍTÁSA ÉS ALKALMAZÁSA ENANTIOSZELEKTÍV KATALITIKUS SZINTÉZISEKBEN. A DOKTORI (PhD) ÉRTEKEZÉS TÉZISEI

Fémorganikus vegyületek vizsgálata fotoelektron spektroszkópiával és fotoionizációs tömegspektrometriával


Kémiai reakciók sebessége

Víz. A klasszikus alternatív oldószer. 1

Doktori Tézisek. dr. Osman Fares

5. Laboratóriumi gyakorlat

SZAK: KÉMIA Általános és szervetlen kémia 1. A periódusos rendszer 14. csoportja. a) Írják le a csoport nemfémes elemeinek az elektronkonfigurációit

Új oxo-hidas vas(iii)komplexeket állítottunk elő az 1,4-di-(2 -piridil)aminoftalazin (1, PAP) ligandum felhasználásával. 1; PAP

7. osztály 2 Hevesy verseny, országos döntő, 2004.

8. Egyszerû tesztek sûrûség funkcionál módszerek minõsítésére

Királis aminoalkil-foszfin ligandumok platina(ii)- komplexeinek koordinációs kémiai vizsgálata

13 Elektrokémia. Elektrokémia Dia 1 /52

1. Gyenge szigma-donor és jó pi-akceptor sajátságú monoszulfonált triarilfoszfán előállítása és katalitikus alkalmazása H 3 OCH 3 SO 3

Új, vízoldható Pd-szalán komplexek katalitikus alkalmazása

Tárgyszavak: Diclofenac; gyógyszermineralizáció; szennyvíz; fotobomlás; oxidatív gyökök.

A sz. OTKA pályázat (In situ és operando vizsgálatok az NO x szelektív katalitikus átalakításában) zárójelentése.

szerotonin idegi mûködésben szerpet játszó vegyület

Reakciókinetika és katalízis

Ciklusok bűvöletében Katalizátorok a szintetikus kémia szolgálatában

Pályázati felhívás és tájékoztató

SZÉN NANOCSŐ KOMPOZITOK ELŐÁLLÍTÁSA ÉS VIZSGÁLATA

XI. Fémorganikus fotokémia. A cisz-cr(co) 4 (CH 3 CN) 2 előállítása és reaktivitása

4.2. Az Al(III) kölcsönhatása aszparaginsav-tartalmú peptidekkel

Fluorozott ruténium tartalmú katalizátorok előállítása és alkalmazása transzfer-hidrogénezési reakciókban

Gabonacsíra- és amarant fehérjék funkcionális jellemzése modell és komplex rendszerekben

Badari Andrea Cecília

Doktori értekezés tézisei. Dalicsek Zoltán. Kémiai Doktori Iskola Vezetı: Prof. Inzelt György

DOKTORI (Ph.D.) ÉRTEKEZÉS TÉZISEI MOLIBDÉN TARTALMÚ POLIIZOBUTILÉN-POLIBOROSTYÁNKŐSAV ALAPÚ MOTOROLAJ ADALÉKOK ELŐÁLLÍTÁSA ÉS VIZSGÁLATA

XXXVI. KÉMIAI ELŐADÓI NAPOK

A 27/2012. (VIII. 27.) NGM rendelet (29/2016. (VIII. 26.) NGM rendelet által módosított) szakmai és vizsgakövetelménye alapján.

T I T - M T T. Hevesy György Kémiaverseny. A megyei forduló feladatlapja. 7. osztály. A versenyző jeligéje:... Megye:...

Átírás:

Vízoldható foszfint tartalmazó ródium- és ruténiumkatalizátorok működési mechanizmusának vizsgálata Doktori (PhD) értekezés tézisei Kovács Gábor Debreceni Egyetem Természettudományi Kar Debrecen, 2005

1. Bevezetés és célkitűzések Az elmúlt évtizedekben a homogén katalitikus eljárások között egyre nagyobb érdeklődésre tett szert a vizes közegű fémorganikus katalízis. Ennek talán a legfontosabb oka, hogy a víz egyrészt olcsó és könnyen hozzáférhető oldószer, másrészt alkalmazása jóval kisebb környezeti kockázatot jelent, mint a szerves oldószereké. A Debreceni Egyetem Fizikai Kémiai Tanszékén több évtizede folynak vizsgálatok a vízoldható ródium- és ruténiumtartalmú foszfinkomplexek hidrogénezési reakcióival kapcsolatban, melyekhez szorosan illeszkednek a doktori értekezésem alapjául szolgáló kutatások is. Két konkrét reakció vizsgálatán keresztül próbáltam ezen komplexek katalitikus viselkedését tanulmányozni. A vizsgálatok során kísérleti (elsősorban NMR-spektroszkópiás) és kvantumkémiai módszereket alkalmaztam. A platinacsoport fémeinek nagy számú vízoldható foszfinnal előállított komplexe ismert. Ezek közül is az egyik leginkább tanulmányozott csoport a szulfonált aromás foszfinok családja. Az ilyen foszfinok könnyen előállíthatóak, általában rendkívül stabilak és igen széles ph-tartományban jól oldódnak vízben. Ezek közül a legrészletesebben a mtppms = meta-szulfonátofenil-difenilfoszfin és a mtppts = trisz-(meta-szulfonátofenil)-foszfin ligandumok komplexeit vizsgáltuk, melyek szerkezete az 1. ábrán látható. A szulfonált aromás foszfinok mellett az alifás vízoldható foszfinok komplexeinek katalitikus viselkedését is hosszú ideje tanulmányozzák tanszékünkön. Ezek egyik érdekes képviselője a pta = 1,3,5- triaza-7-foszfaadamantán. 1. ábra Az alkalmazott ligandumok A korábbi kutatások során számos esetben észlelték, hogy a fenti ligandumok ródiumés ruténiumkomplexeivel történő hidrogénezés közben a redukálandó szubsztrátumba különböző izotóparánnyal épült be hidrogén illetve deutérium. Az izotópbeépülés mértéke függ a katalizátortól, a szubsztrátumtól, az alkalmazott gáz/oldószer pártól (pl. H 2 O/D 2 vagy D 2 O/H 2 ) illetve az oldat ph-jától. PhD munkám egyik célkitűzése az volt, hogy megvizsgáljam, az egyes katalizátorok milyen mértékben katalizálják a H/D izotópcserét az

oldat és a gázfázis között (1-2. egyenlet), valamint felderítsem mi a lehetséges mechanizmusa ennek az izotópcserének. A mechanizmus részletes vizsgálatára spektroszkópiás és kvantumkémiai módszereket alkalmaztam. H 2 + D 2 O HD + HDO (1) D 2 + H 2 O HD + HDO (2) Szintén hosszú időre nyúlik vissza tanszékünkön a CO 2 vizes közegű redukciójának tanulmányozása. A CO 2 -redukció igen nagy jelentőséggel bír, hiszen ez a folyamat kiindulópont lehet a szén-dioxid C1-építőelemként való felhasználásához, amely új alapokon nyugvó szerves szintézisek megvalósítását tenné lehetővé. Másrészt a túlzott emberi CO 2 - kibocsátás felelős a káros mértékű üvegházhatásért, így ezen CO 2 felhasználása környezetvédelmi szempontokból is jelentős lehet. Kutatócsoportunkban már történtek vizsgálatok CO 2 vizes oldatban történő hidrogénezésével kapcsolatban. Az elsősorban [{RuCl 2 (mtppms) 2 } 2 ] katalizátorral végzett kísérletek azt mutatták, hogy míg a katalizátor savas közegben igen kismértékű aktivitást mutat a CO 2 hidrogénezésében, 8-as ph körül a reakciósebesség jelentősen megnőtt. Mivel ezen a ph-n az oldott CO 2 nagyrészt HCO 3 anion formájában van jelen, az eredmények azt sugallták, hogy ezekben a vizes rendszerekben a HCO 3 jóval aktívabb szubsztrátum lehet a CO 2 -nál, és a redukció termékeként formiát keletkezik (3.egyenlet). HCO 3 + H 2 HCO 2 + H 2 O (3) Mivel a kísérleti vizsgálatok révén nem sikerült a hidrogénkarbonát-redukció köztitermékeit azonosítani, ezért célom az volt, hogy a reakciómechanizmus felderítését kvantumkémiai számítások segítségével végezzem el.

2. Alkalmazott kísérleti és elméleti módszerek A H/D izotópcsere kísérleti vizsgálata során NMR-spektroszkópiát alkalmaztam. A közepes nyomáson végzett kísérleteket a 2. ábrán látható, 10 mm átmérőjű, 120 barig nyomásálló zafír NMR-csőben végeztem el, ahol az oldat feletti hidrogénnyomás minden esetben 20 bar volt. Az NMR-csöveket termosztált körülmények között rázattam 300 min -1 frekvenciával a hidrogén gáz folyamatos beoldódása érdekében, majd adott időközönként in situ 1 H illetve 2 H-NMR méréseket végeztem. 2. ábra Nyomásálló NMR-cső metszetképe A számításokhoz a sűrűségfunkcionál-elméletet (DFT) alkalmaztam. A katalizátorok modellezése során a nagy térkitöltésű aromás foszfinokat a legtöbb esetben PMe 3 ligandumokkal helyettesítettem. A számításokat egy kivételtől eltekintve a B3LYP/SDDP szinten végeztem el a Gaussian 98 illetve Gaussian 03 programcsomagok segítségével, ahol B3LYP az alkalmazott hibrid funkcionált jelenti, míg az SDDP a báziskészletet, amely a Stuttgart-Dresden elnevezésű relaktivisztikus pszeudopotenciált alkalmazza a fématomra, míg Dunning/Huzinaga dupla-zéta polarizációs bázist többi atomra. Egy esetben az ADF 2004.01 programcsomagot is alkalmaztam. Az oldószermolekulákat kisméretű (3-5 molekulából álló) vízklaszterekkel modelleztem, míg a tömbfázisú oldószernek a reakció energetikájára gyakorolt hatását is próbáltam megbecsülni a polarizálható kontinuum-modell (PCM) alkalmazásával.

3. Új tudományos eredmények I: Kimutattam, hogy a vizsgált ródium- és ruténiumtartalmú komplexek mindegyike aktív az oldószer és gázfázis közötti H/D-izotópcserében. Nagynyomású NMR-spektroszkópiás vizsgálatok segítségével kimutattam, hogy a tanulmányozott komplexek mindegyike katalizálja H 2 és D 2 O közötti izotópcserét (1. táblázat), míg a [RhCl(mtppms) 3 ] példáján bemutattam, hogy a D 2 és H 2 O közötti izotópcserében is hasonló aktivitást kapunk. Katalizátor ph T TOF max ( o C) (h -1 ) [RuCl 2 (pta) 4 ] 5,5 25 8,5 [RuCl 2 (pta) 4 ] 5,5 70 338 [RhCl(pta) 3 ] 5,2 70 908 [{RuCl 2 (mtppms) 2 } 2 ] 2,5 25 1250 [RhCl(mtppms) 3 ] 2,5 25 800 [RhCl(mtppts) 3 ] 6,5 25 989 1. táblázat Különböző ródium(i) és ruténium(ii)-tartalmú komplexek katalitikus aktivitása D 2 O és H 2 között végbemenő H/D csere katalízisében Az eredmények azt is mutatják, hogy az aromás foszfinokat tartalmazó ródium- és ruténiumkomplexek kb. 100-szor aktívabbak a H/D cserében azonos körülmények között, mint az alifás pta ligandumot tartalmazó komplexek. II. Kimutattam, hogy más hidrogénezési folyamatokhoz hasonlóan, a ph befolyásolja a katalizátorok aktivitását a H/D cserében is. Mindegyik katalizátor esetében csökkenő aktivitást tapasztaltam bázikus közegben (3. ábra). Ennek alapján feltételeztem, hogy az oxóniumionok kulcsszerepet töltenek be a cserefolyamat során azáltal, hogy a csere a katalitikusan aktív hidridek protonálásán keresztül megy végbe. A pta ligandumot tartalmazó komplexek esetében savas közegben is csökkenő katalitikus aktivitást tapasztaltam, melyet a ligandum protonálódásával magyaráztam.

3. ábra Különböző Ru-komplexek által katalizált H/D csere sebessége a ph függvényében III. A kísérleti eredmények alapján mechanizmust javasoltam a H/D cserére. Az alapján, hogy a katalitikus aktivitás minden komplex esetében csökkenő értéket mutatott bázikus közegben, olyan mechanizmust javasoltam (4. ábra), melynek kulcslépése, a katalitikusan aktív hidrid protonálódása (D 3 O + ionnal), aminek révén egy η 2 -HD-komplex jön létre. A η 2 -HD-t tartalmazó komplexet azonban kísérletileg nem sikerült detektálni, ezért kvantumkémiai számításokat végeztem el a feltételezett mechanizmus bizonyítására. HD H 2 P 3 XRh H H P 3 XRh H H D + D + P = mtppms vagy pta D P 3 XRh H + H 4. ábra A [RhXP 3 ] típusú komplexek által katalizált H/D csere javasolt mechanizmusa

IV. Sűrűségfunkcionál-elmélet alkalmazásával számításokat végeztem, melyek megerősítették a kísérletek alapján feltételezett mechanizmust. IV/1. Modellszámítások (PMe 3 modell foszfin) segítségével kimutattam, hogy a hidrid protonálásával keletkező η 2 -dihidrogén komplex stabilis. Tanulmányoztam a modellként alkalmazott [RhH 2 Cl(PMe 3 ) 3 ] komplex legstabilisabb izomerjének a cisz-mer-[rhh 2 Cl(PMe 3 ) 3 ] (1) protonálását. A számítások kimutatták, hogy a legkedvezőbb a foszfinnal transz helyzetben lévő hidrid protonálása, mely során [RhH(H 2 )Cl(PMe 3 ) 3 ] + (2) kationos dihidrogén-komplex keletkezik. 5. ábra cisz-mer-[rhh 2 Cl(PMe 3 ) 3 ] és [RhH(H 2 )Cl(PMe 3 ) 3 ] + optimált szerkezete IV/2. A protonálás folyamatát eredményesen modelleztem kisméretű vízklaszterek ([(H 3 O)(H 2 O) n ] +, ahol n=2 ill. 4) segítségével. A savas vizes oldatban történő protonálás modellezésére [(H 3 O)(H 2 O) n ] + klasztereket alkalmaztam, hiszen egy H 3 O + túlzottan savas karakterű, nem reprezentálja reálisan az oldatban jelenlévő protonáló részecskét. A [(H 3 O)(H 2 O) 2 ] + ionokat, mint protonforrást alkalmazó modell segítségével megállapítottam, hogy a protonálás egyrészt termodinamikailag megengedett, másrészt a protonálást leíró átmeneti állapot (TS 3-4 ) kis energiagáttal jellemezhető (6.ábra). Az alacsony energiagát összhangban van azzal, hogy a H/D cserét ezen komplexek már szobahőmérsékleten is nagy aktivitással katalizálják.

6. ábra [RhH 2 Cl(PMe 3 ) 3 ] és [(H 3 O)(H 2 O) 2 ] + kölcsönhatását leíró szerkezetek A számítások igazolták, hogy a modell további szisztematikus bővítése, azaz [(H 3 O)(H 2 O) 4 ] + alkalmazása nem befolyásolja jelentős mértékben a kapott energetikát. IV/3. Két különböző lehetséges mechanizmust javasoltam a cserfolyamatra, amelyek közül az egyikben azonos, a másikban különböző a protondonor és akceptor vízmolekula. A számítások alapján két lehetséges mechanizmus adódott a cserefolyamatra. Az egyik lehetőség, hogy ugyanaz a vízmolekula vesz részt a protonálás és deprotonálás lépésében is (7. ábra). Ehhez a folyamathoz a protonálás révén keletkezett η 2 -H 2 ligandum gyors rotációja szükséges, amelyről kimutattam, hogy az alacsony rotációs gát révén valóban gyorsan végbemehet. A másik lehetőség két különböző vízmolekula részvétele a folyamatban (8. ábra), mely a számítások alapján szintén kedvező energetikával történhet az oldatban. 7. ábra A H/D csere mechanizmusa I. 8. ábra A H/D csere mechanizmusa II.

V. Sűrűségfunkcionál-elmélet alkalmazásával mechanizmust javasoltam HCO 3 oldatban, [{RuCl 2 (mtppms) 2 } 2 ] katalizátorral történő redukciójára. vizes V/1. Számításaim alapján nem 100valószínű, hogy a HCO 3 oldat ph-ján keletkező, korábban kimutatott cisz-[ruh 2 (mtppms) 4 ] az aktív katalizátor, ehelyett egy foszfin ligandum disszociációjával keletkező, három koordinált foszfint tartalmazó részecske az aktív. A számítások alapján a 4 foszfint tartalmazó cisz-[ruh 2 (mtppms) 4 ] részecske nem valószínűsíthető, mint aktív katalizátor. Ezt egyrészt a cisz-[ruh 2 (PPh 3 ) 4 ] modell zsúfolt térszerkezete, másrészt a PMe 3 modell ligandumot tartalmazó cisz-[ruh 2 (PMe 3 ) 4 ] és HCO 3 közötti közvetlen reakció magas energiagátja mutatja. Ezek alapján az egyik foszfin disszociációját feltételeztem, így a modellszámítások során a cisz-[ruh 2 (PMe 3 ) 3 ]-t tekintettem az aktív katalizátornak. V/2. Megállapítottam, hogy a HCO 3 koordinációjával, majd azt követő protonálásával egy koordinált CO 2 -ot tartalmazó komplex képződhet, amely CO 2 a fém-hidrid kötésbe beékelődik. A katalizátornak a keletkező formiáto-komplexből történő regenerálását a szerves oldószerekben korábban feltételezettől teljesen eltérő mechanizmussal írtam le. A feltételezett mechanizmus szerint a cisz-[ruh 2 (PMe 3 ) 3 ] komplexhez a HCO 3 koordinálódik, a HCO 3 szénatomjára történő hidridtranszfer azonban magas energiagáttal írható le. Alternatív lehetőségként így a koordinált HCO 3 OH-jának protonálása történhet, majd ezt követően vízkilépéssel gyengén koordinált CO 2 -t tartalmazó komplex keletkezik. A protontranszfer folyamatok modellezésére ebben az esetben is a H/D cserénél korábban tesztelt trimer (három vízből álló) klasztereket alkalmaztam. 9. ábra A koordinált HCO 3 -ból történő OH eliminációt leíró szerkezetek

Ezt követően a CO 2 előbb η 2 C,O koordinációt vesz fel, majd beékelődik a Ru-H kötésbe, így egy η 1 -formiáto komplex jön létre, amely a megmaradt hidrid ligandummal transz helyzetben üres koordinációs helyet tartalmaz. Sikerült bemutatni, hogy a katalizátor regenerálása a korábban szerves oldószerekben kivitelezett CO 2 -redukciós folyamatoktól eltérően mehet végbe vizes oldatban. Ennek lépései egy vízmolekula koordinációja, a termékként kapott formiát anion disszociációja, amelynek révén egy kationos RuH + -típusú monohidrid keletkezik. Ezen komplexhez egy hidrogénmolekula koordinálódik, amely vízmolekulák segítségével deprotonálódik, végül a koordinált vízmolekula disszociációja révén újra létrejön a katalitikusan aktív RuH 2 P 3 forma. V/3. A számítások eredményeként a reakció feltételezett mechanizmusának összes lépését, és a hozzá tartozó energiaprofilt is sikerült meghatározni. 10. ábra A HCO 3 redukció sematikus mechanizmusa

11. ábra A HCO 3 redukció energiaprofilja

4. Publikációs lista A témához kapcsolódó közlemények 1. Kovács, G.; Nádasdi, L.; Joó, F.; Laurenczy, G.: H/D exchange between H 2 -D 2 O and D 2 - H 2 O catalyzed by water soluble tertiary phosphine complexes of ruthenium(ii) and rhodium (I), Compt. Rend. French. Acad. Sci., Series IIC Chemistry 2000, 3, 601. 2. Kovács, G.; Nádasdi, L.; Laurenczy, G.; Joó, F.: Aqueous organometallic catalysis. Isotope exchange reactions in H 2 -D 2 O and D 2 -H 2 O systems catalyzed by water-soluble Rh- and Ruphosphine complexes, Green Chemistry 2003, 5, 213. 3. Kovács, G.; Schubert, G.; Joó, F.; Pápai, I.: Theoretical Mechanistic Study of Rhodium(I) Phosphine-Catalyzed H/D Exchange Processes in Aqueous Solutions, Organometallics 2005, 24, 3059. 4. Kovács, G.; Schubert, G.; Joó, F.; Pápai, I.: Theoretical investigation of catalytic HCO 3 hydrogenation in aqueous solutions, Catalysis Today; közlésre elfogadva Egyéb közlemények 5. Kovács, G.; Pápai, I.: Hydride Donor Abilities of Cationic Transition Metal Hydrides from DFT-PCM Calculations, Organometallics; közlésre beküldve 6. Kovács, G.; Ujaque, G.; Lledós, A.; Joó, F.: Theoretical investigation of the selective of C=C vs. C=O hydrogenation in acidic media catalyzed by [{RuCl 2 (mtppms) 2 } 2 ], Organometallics; közlésre beküldve 7. Rossin, A.; Kovács, G.; Ujaque, G.; Lledós, A.; Joó, F.: Regioselective C=O hydrogenation of trans-cinnamaldehyde to cinnamyl alcohol with the water-soluble complexes [RuH 2 (mtppms) x ] (x=3,4; mtppms=(meta-sulphonatophenyl)diphenylphosphine). A theoretical study of the reaction mechanism and selectivity; előkészületben

Nemzetközi konferenciákon bemutatott munkák Előadások 1. Kovács, G.; Joó, F.; Nádasdi, L.; G. Laurenczy, G.: Hydrogen/deuterium exchange between the gas and the aqueous solution phase catalyzed by water soluble phosphine complexes of rhodium and ruthenium, 4th Annual Meeting of the COST D10/0001 Working Group, 24-27 May, 2001, Debrecen, Hungary 2. Kovács, G.; Nádasdi, L.; Joó, F.; Laurenczy, G.: A H/D csere katalízise ródium(i) és ruténium(ii) vízoldható foszfin komplexeivel, IX. Nemzetközi Vegyészkonferencia, Kolozsvár, Románia, 2003. november 14-16. 3. Kovács, G.: Mechanistic studies on catalytic hydrogenation in water, Working Group Meeting COST action D30-WG0001, 7-9 October, 2005, Debrecen, Hungary Poszterek 1. Kovács, G.; Nádasdi, L.; Joó, F.; Laurenczy, G.: H/D exchange in aqueous catalytic systems-an important side reaction of catalytic hydrogenation, Clean Processes and Environment: the Catalytic Solution 12th Jacques Cartier Meeting, Lyon, France, 6-8 December 1999 2. Laurenczy, G.; Kovács, G.; Nádasdi, L.; Joó, F.: H/D exchange in aqueous catalytic systems - an important side reaction of catalytic hydrogenation, COST mid Term Evaluation Meeting, Brussels, Belgium, 4-5 December 1999 3. Kovács, G.; Nádasdi, L.; Joó, F.; Laurenczy, G.: H/D isotope exchange in aqueous solutions catalyzed by water soluble phosphine-complexes, Hungarian COST Chemistry Day, Budapest, Hungary, 20 October 2000 4. Kovács, G.; Nádasdi, L.; Joó, F.; Laurenczy, G.: H/D exchange between H 2 -D 2 O and D 2 - H 2 O in aqueous solution catalytic effect of the soluble phosphine complexes of ruthenium (II) and rhodium (I), Workshop of COST Action D10 Final Evaluation Meeting, Kraków, Poland, 6-9 June 2002 5. Kovács, G.; Schubert, G.; Pápai, I.; Joó, F.: Theoretical investigation of the H/D exchange in aqueous solutions catalyzed by rhodium(i) phosphine complexes, 14th International Symposium on Homogeneous Catalysis, Munich, Germany, 5-9 July 2004

6. Kovács, G.; Schubert, G.; Pápai, I.; Joó, F.: Theoretical investigation of the H/D exchange in aqueous solutions catalyzed by rhodium(i) phosphine complexes, Euroconference on New Theoretical and Spectroscopical Approaches to Inorganic Problems, San Feliu de Guixols, Spain, 4-9 September 2004 7. Kovács, G.; Ujaque, G.; Rossin, A.; Lledós, A.; Joó, F.: Theoretical investigation of the selectivity in the hydrogenation of unsaturated aldehydes catalyzed by {[RuCl 2 (tppms) 2 ] 2 }, XVI. FECHEM Conference on Organometallic Chemistry, Budapest, Hungary, 3-8 September 2005 8. Kovács, G.; Schubert, G.; Pápai, I.; Joó, F.: Theoretical Mechanistic Study of Rhodium(I) Phosphine Catalyzed H/D Exchange Processes in Aqueous Solutions, Frontiers in Catalyis, Visegrád, Hungary, 8-10 September 2005