In this dissertation, three different projects aiming to develop Ni- and Co- based nano-structured heterogeneous catalysts and their application in organic synthesis are presented. Firstly, we report the preparation and application of Ni-based nanoparticles supported on ZSM-5 (the Si/Al ratio is 80) as efficient hydrodeoxygenation catalysts. The Ni-based nanoparticles catalyze the selective hydrodeoxygenation of a wide range of substrates including ketones, ethers, and phenols and reduce aromatic rings to produce (cyclo)alkanes. Next, we report inexpensive cobalt nanoparticles immobilized on hydroxyapatite (HAP) as an efficient bi-catalyst for reversible hydrogenation and oxidative dehydrogenation of N-heterocycles. The optimal catalyst allows for general and selective hydrogenation and oxidative dehydrogenation of quinolines and tetrahydroquinolines as well as other N-heterocycles under mild conditions. Finally, we developed a general and highly active Ni-based catalyst supported on mesoporous silica. This novel material allows for efficient hydrogenation of diverse unsaturated compounds including carbonyls, nitroarenes, N-heterocycles as well as alkenes and alkynes at room temperature. Organic products are analyzed by GC-MS, GC, and NMR. Catalytic materials are characterized by using analytical techniques, for example, XRD, TEM, XPS, BET and so on. Optimization studies and control experiments including kinetic and mechanistic investigations have been performed.
In dieser Dissertation werden die Synthese von neuen Ni- und Co-basierten Nanokatalysatoren und ihre Anwendung in der selektiven organischen Synthese vorgestellt. Im ersten Projekt wird über die Herstellung und Anwendung von Ni-basierten Nanopartikeln auf ZSM-5 (das Si/Al-Verhältnis beträgt 80) als effiziente Hydrodesoxygenierungskatalysatoren berichtet. Die Ni-basierten Nanopartikel katalysieren die selektive Hydrodesoxygenierung einer breiten Palette von Substraten, darunter Ketone, Ether und Phenole, und reduzieren auch aromatische Ringe, um (Cyclo)Alkane herzustellen. In der zweiten Arbeit wurden kostengünstige Cobalt-Nanopartikel auf Hydroxylapatit (HAP) immobilisiert und der resultierende effiziente bifunktionale Katalysator erlaubt die reversible Hydrierung und oxidative Dehydrierung von N-Heterocyclen. Der optimale Nanokatalysator und ermöglicht die allgemeine und selektive Hydrierung und oxidative Dehydrierung von Chinolinen und Tetrahydrochinolinen sowie anderen N-Heterocyclen unter milden Bedingungen. Schließlich wurde ein hochaktiver Katalysator auf Ni-Basis entwickelt, der auf mesoporösem Siliciumdioxid geträgert ist. Dieses neuartige Material ermöglicht die effiziente Hydrierung von ungesättigten Verbindungen, einschließlich Carbonylen, Nitroarenen, N-Heterocyclen sowie Alkenen und Alkinen bei Raumtemperatur. Organische Produkte werden mittels GC-MS, GC und NMR analysiert. Katalytische Materialien werden mithilfe analytischer Techniken charakterisiert, beispielsweise XRD, TEM, XPS, BET usw. Es wurden Optimierungsstudien und Kontrollexperimente einschließlich kinetischer und mechanistischer Untersuchungen durchgeführt.