İyonik sıvılar ve NN tipi Zn-katalizörleri varlığında CO2'in organik ürünlere dönüşümü / Conversion of carbon dioxide to organic products in the presence of ionic liquids and NN type Zn as catalysts

Abstract

İyonik sıvılar geniş olarak araştırılmaktadır ve organik sentez, enzimatik kataliz, ayırma işlemleri vb. gibi uygulamalarda kullanılmaktadır. Düşük buhar basınçları, mükemmel kimyasal ve termal kararlılıkları, potansiyel geri kazanımları ve tekrar kullanımları gibi dikkat çekici özelliklere sahiptirler. Düşük erime noktalarına sahip tuzlar sadece iyonlar içerir ve bunlara iyonik sıvı adı verilir. Baslangıç materyallerinin dikkatli seçilmesiyle bu tuzlar oda sıcaklığında sıvı halde bulunurlar ve bunlara genel olarak oda sıcaklığı iyonik sıvıları ya da iyonik sıvılar denir. İyonik sıvıların organik kimyada sentez amacıyla kullanılması oldukça yenidir. Bu nedenle N,N?-dialkilimidazolyum tuzları, katalitik özelliklerini araştırmak ve bazı organik tepkimelerde katalizör olarak kullanılması amacıyla sentezlenmiştir. Karbon dioksit (CO2) bol bulunduğundan ve küresel ısınmaya katkı yapan gazlar arasında önemli bir rol oynadığından, C1 kaynağı olarak araştırıcıların yoğun ilgisini çekmektedir. Bu nedenle ucuz karbon kaynağı kullanılarak elde edilen organik ürünler de gerek ticari gerekse de organik sentezlerde çıkış maddesi olarak kullanılabilmeleri yönüyle önemlidir. Ancak, termodinamik ve kinetik yönden kararlı bir molekül olduğu için karbon dioksitin uygun kimyasallara dönüşümü yüksek basınç ve yüksek sıcaklık gerektirmektedir. Bununla birlikte bu sorun ise etkin ve seçici bir katalizör kullanımıyla giderilebilir. Sentezlenen metal kompleksleri ve iyonik sıvılar karbon dioksitin epoksitlerle halkalı karbonatlara dönüşümünde katalizör olarak test edildi ve ligant değişikliklerinin katalitik aktivite üzerine etkisi incelendi. Liganda bağlı substitüyentlerin elektronik özelliklerinin katalitik aktiviteye etkilerinin önemli olduğu ve elektron verici grupların aktiviteyi olumlu yönde etkiledikleri tespit edildi. Aktif katalizörlerde sıcaklık, basınç, tepkime süresi, epoksit ve baz türü gibi parametreler ile optimizasyon çalışmaları gerçekleştirildi. Böylelikle CO2?den çıkılarak, NN tipi komplekslerin ve iyonik sıvı katalizörlüğünde ekonomik değeri yüksek halkalı karbonat hazırlanabileceği saptanmış oldu. Bu çalışmada ilk olarak; literatüre uygun hazırlanan iyonik sıvılar ve 2-piridilbenzimidazolden yola çıkarak mono ve di NN tipi ligant sentezlendi. Bu bileşiklerin yapıları elementel analiz, 1H ve 13C-NMR spektroskopisi, FT-IR ve erime noktası öçümleri ile aydınlatıldı. İkinci olarak ise; karbondioksitin (CO2) yararlı organik ürünlere dönüştürülmesinde bu metal kompleksleri ve iyonik sıvılar katalizör olarak kullanıldı. ionic liquids widely investigated and organic synthesis, enzymatic catalysis, separation processes etc. are used in such applications. Low vapor pressure, excellent chemical and thermal stability, the potential recoveries and have remarkable properties, such as re-use. Salts with low melting points contain only ions which is always in liquid form at room temperature named as ionic liquids. With the proper choice of the starting materials ionic liquid salts stay in liquid form at room temperature. The use of ionic liquids in organic synthesis is rather new, therefore N,N?-dialkylimidazolinium salts were synthesized due to their use as catalyst in organic reactions and the catalytic properties were investigated. Carbon dioxide (CO2) attracts an intensive attention of researchers as C1 building block in organic synthesis as it is abundant and main contributor to the global warming gases. Accordingly, organic products obtained from this cheap carbon resource is very valuable as reactant both commercial and organic synthesis. However, the conversion of carbon dioxide to the corresponding useful chemicals require high reaction temperature and pressure since it is thermodynamically and kinetically stable molecule. These restrictions can be overcome by means of catalyst application. Synthesized metal complexes and ionic liquids were tested as catalysts for the conversions of carbon dioxide into cyclic carbonates; the influence of ligands on the catalytic activity was investigated. The electronic properties of the attached substituents on the ligand were found to be important on catalytic activity and electron donating groups were found to be affecting activity favorably. The optimization of the active catalysts was carried out by changing the parameters such as reaction temperature, pressure, reaction time, epoxide and base. Thus, it was determined that economically valuable cyclic carbonates can be obtained from CO2 with N-N type complexes and ionic liquids as catalysts. In this study firstly, novel mono NN type and di NN type ligand systems were synthesized by using a 2 - (2-pyridyl) benzimidazole and ionic liquids were prepared according to the procedure in the literature. The structures of these compounds were characterized by 1H and 13C-NMR spectroscopy, FT-IR, elemental analysis and melting point measurement methods, respectively. Secondly, conversion of carbon dioxide (CO2) to useful organic products in the presence of metal complexes and ioıc liquids were used as catalysts.