Nanosized catalysts in thin organic synthesis

  • E. Sulman Tver State Technical University, Tver
  • P. Valetsky A.N.Nesmeyanov Institute of Organoelement Compounds of Russian Academy of Sciences (INEOS RAS), Moscow
  • M. Sulman Tver State Technical University, Tver
  • L. Bronstein A.N.Nesmeyanov Institute of Organoelement Compounds of Russian Academy of Sciences (INEOS RAS), Moscow
  • A. Sidorov Tver State Technical University, Tver
  • V. Matveeva Tver State Technical University, Tver

Abstract

A review considers the synthesis of mono-(Pt, Ru, Pd), bi-(Pt-Pd, Pt-Ru, Pd-Ru), and trimetal (Pt-Pd-Ru) nanoparticles in the pores of the polymer matrix of hypercrosslinked polystyrene (HPS), their structure and catalytic properties. Physico-chemical studies have shown that the formation of metal nanoparticles depends on properties of the porous structure of the polymer matrix, the nature of the initial precursor of the metal and on the synthesis conditions. The average size of metal nanoparticles are usually amounted to 1-2 nm for all types of metals (except Pd), although these metals have different valence states in the nanoparticles. The study of the catalytic properties of noble metal nanoparticles stabilized in matrix of HPS showed promising applications of these systems in the reactions of selective oxidation, hydrogenation and enantioselective hydrogenation, which are intermediate stages in the synthesis of semiproducts of vitamins and medicines. The use of nanoscale catalysts in industrial scale will reduce the manufacturing stages, will increase the yield and will improve the environmental safety of the existing industrial facilities. 

References

  1. Fendler J.H. Nanoparticles and Nanostructured Films: Preparation, Characterization and Applications.- New-York, Wiley-VCH, 1998.
  2. Wieckowski A., Savinova E.R., Vayenas C.G. Catalysis and Electrocatalysis at Nanoparticle Surfaces.- New York, Inc., 2003.
  3. Schmid G. Nanoparticles: From Theory to Application.- Weinheim, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co.- 2004.
  4. Somorjai G.A., Contreras A.M., Montano M., Rioux R.M. Proc. Nat. Acad. Sci.- 2006.- Vol.103.- P.10577-10583.
  5. Astruc D., Lu F., Aranzaes J.R. Angew. Chem. Int. Ed.- 2005.- Vol.44.-P.7852-7872.
  6. Mueller C., Nijkamp M.G., Vogt D. European Journal of Inorganic Chemistry.- 2005.- Vol.20.- P.4011-4021.
  7. Bronstein L.M., Nalwa H.S. (Ed.), Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology, APS.- Stevenson Ranch: CA, 2004.- P.193-206.
  8. Сеттерфилд Ч. Практический курс гетерогенного катализа.- М.: Мир, 1984.
  9. Губин С.П., Юрков Г.Ю., Катаева Н.А. Наночастицы благородных металлов и материалы на их основе.- М., 2006.
  10. Сергеев Г.Б. Нанохимия.-М.: КДУ, 2007.
  11. Бронштейн Л.М., Сидоров С.Н., Валецкий П.М. Успехи химии.- 2004.- Т.73. -С.542-558.
  12. Bronstein L.M., Matveeva V.G., Sulman E.M. Nanoparticulate Catalysts Based on Nanostructured Polymers in Nanoparticles and Catalysis, Ed. D. Astruc.- Weinheim, Wiley-VCH.- 2007.
  13. Haidar R., Beyer A., K.-H. Reichert K.-H., Schomaecker R.- Catalysis Letters, 2004. - Vol.95. - P.67.
  14. Groeschel L., Haidar R., Beyer A., Coelfen H., Frank B., Schomaecker R. Industrial & Engineering Chemistry Research.- 2005. - Vol.44. - P.9064.
  15. Liu Z., Wang X, Wu H., Li C. J. Colloid Interface Sci. -2005.- Vol.87.  - P.604.
  16. Tsyurupa  M.P., Davankov V.A. // J. Polym. Sci.: Polym. Chem. Ed.- 1980.- Vol.1.- P.1399.
  17. Davankov V.A., Tsyurupa M.P. React. Polym. -1990. - Vol.13. - P.27.
  18. Пастухов А.В. «Физико-химические свойства и структурная подвижность сверхсшитых полистиролов»: автореф. … докт. хим. наук.- М.: ИНЭОС РАН, 2009.
  19. Sidorov S.N., Bronstein L.M., Davankov V.A., Tsyurupa M.P., Solodovnikov S.P., Valetsky P.M., Wilder E.A., Spontak R. J. Chem. Mater. -1999. - Vol.11.- P. 3210-3215.
  20. Sidorov S., Volkov I., Davankov V., Tsyurupa M., Valetsky P., Bronstein L., Karlinsey R., Zwanziger J., Matveeva V., Sulman E., Lakina N., Wilder E., Spontak R. J. Am. Chem. Soc. -2001. - Vol.123. - P.10502-10510.
  21. Bronstein L.M., Chernyshov D.M., Volkov I.O., Ezernitskaya M.G.,. Valetsky P.M, Matveeva V.G., Sulman E.M. J. Catal.- 2000. - Vol.19 - P.302-314.
  22. Bronstein L., Goerigk G., Kostylev M., Pink M., Khotina I.A., Valetsky P.M., Matveeva V.G., Sulman E.M., Sulman M.G., Bykov A.V., Lakina N.V. R.J. Spontak J. Phys. Chem. B.- 2004.- Vol.108.- P.18234-18242.
  23. Mallat T., Baiker A. Chem. Rev. - 2004. - V.104.- P.3037-3058.
  24. Крылов О.В. Гетерогенный катализ.- М.:Академкнига, 2004.
  25. Bonrath W., Eggersdorfer M., Netscher T. Catalysis Today.- 2007. - Vol.121.- P.45 - 57.
  26. Клабуновский Е.И. Успехи химии.- 1996. - Т.65. - С. 350.
  27. Kagan H.B., Dang T.-P. J. Am. Chem. Soc.- 1972. - Vol.94, №18- P. 6429.
  28. Noyori R. Stereocontrolled Organic Synthesis. ed.- Oxford: Blackwell Scientific Publications, 1994.
  29. Karski S., Paryjczak T., Witonska I. Kinetics and Catalysis.- 2003. - Vol.44 - P. 618-622.
  30. Broennimann C., Bodnar Z., Aeschimann R., Mallat T., Baiker A.  J. Catal. -1996. -Vol.16. - P.720.
  31. Besson M., Gallezot P. Catal. Today.- 2003, Vol.81.- P.547.
  32. Beamish F.E. The analytical chemistry of the noble metals.- Oxford, London; Edinburgh; New York; Toronto; Paris;Frankfurt, 1966.
  33. Doluda V.Y., Sulman E.M., Sulman M.G., Lakina N.V., Sidorov A.I., Valetsky P.M., Bronstein L.M. Chemical Engineering Journal.- 2007.- Vol.134. - P. 256-261.
  34. Гинзбург С.И., Езерская Н.А., Прокофьева И.В., Федоренко Н.В., Шленская В.И., Бельский Н.К. Аналитическая химия платиновых металлов.- М.: Наука,1972.
  35. Bykov A., Matveeva V., Sulman M., Valetskiy P., Tkachenko O., Kustov L., Bronstein L., Sulman E. Catalysis Today.- 2009. - Vol.140. - P. 64-69.
  36. Noyori R. Angew.Chem.- 2002.- Vol.114.- P.2108.
  37. Клабуновский Е.И. Катализ в промышленности.- 2005. -№2. - С.3.
  38. Foelske A., Barbieri O., Hahn M., Kötz R. Electrochemical and Solid-State Letters.- 2006. - Vol.9.- P. 268-272.
  39. Шнайдман Л.О. Производство витаминов.  Пищевая промышленность.-М., 1973.
  40. Березовский В.М. Химия витаминов. Пищевая промышленность.-М., 1973.
  41. Матвеева В.Г., Сульман Э.М., Сульман М.Г. Катализ в промышленности. -2002. - №5. - С.50.
  42. Девис М., Остин Д., Патридж Д. Витамин С. Химия и биохимия.- М.:Мир, 1999.
  43. Кочетков Н.К., Бочко А.Ф., Дмитриев Б.А., Усо А.И., Чижов О.С., Шибаев В.Н. Химия углеводов.- М.: Химия, 1967.
  44. Brönnimann С., Bodnar Z., Hug P., Mallat T., Baiker A. J.Catal.- 1994, Vol.150.- P.199.
  45. Comotti,M., Della Pina C., Falletta E., Rossi M. J.Catal. - 2006. - Vol.244. - P.122-125.
  46. Голодец И. Гетерогенно-каталитическое окисление органических веществ.- Киев: Наукова думка, 1978.
  47. Sulman E., Doluda V., Dzwigaj S., Marceau E., Kustov L., Tkachenko O., Bykov A., Matveeva V., Sulman M., Lakina N. Journal of Molecular Catalysis A: Chemical.-  2007.- Vol.278. - P.112–119.
  48. Mercier C., Chabardes P. Pure & Appl. Chem.-1994. - Vol.66. - P.1509 – 1518.
  49. Пак А.М., Сокольский Д.В. Селективное гидрирование непредельных оксосоединений.- Алма-Ата: Наука, 1983.
  50. Semagina N., Joannet E., Parra S., Sulman E., Renken A., Kiwi-Minske L. Appl. Catal. A.- General, 2005. - Vol.280.- P.141-147.
  51. Sulman E.M. Rus. Chem. Rev. -1994.- №63. -P.923-936.
  52. Stinson S.C. Chem. & Eng. News.- 2000.- Vol.78. - P.55.
  53. Patrik G.L. An Introduction to Medicinal Chemistry.- Oxford University Press, 1995.
  54. Быков А.В., Матвеева В.Г., Сульман Э.М. Известия высших учебных заведений. Химия и химическая технология.- 2006. -Т.49. - С.121-123.
  55. Оои Т., Ицука Э., Онари С. / под ред. Ю. Иманиси. Биополимеры.- М.: Мир, 1988.
  56. Murzin D.Y., Toukoniitty E., Reaction Kinetics and Catalysis Letters.- 2007.- Vol.90. -P.19-25.
  57. Nieminen V., Taskinen A., Hotokka M., Murzin D.Y. Journal of Catalysis.- 2007.-Vol.245.- P.228-236.
  58. Nieminen V., Taskinen A., Toukoniitty E., Hotokk M., Murzin D.Y. Journal of Catalysis.- 2006. -Vol.23. -P.131-142.
  59. Toukoniitty E., Franceschini S., Vaccari A., Murzin D.Y. Applied Catalysis A. General.- 2006.- Vol.300.- P.147-154.
  60. Busygin I., Toukoniitty E.,  Sillanpää R., Murzin D.Y., Leino R. J. Organic Chemistry.- 2005. - P.2811-2821.
  61. Murzin D.Y., Mäki-Arvela P., Toukoniitty E., Salmi T. Catalysis Reviews, Science and Engineering.- 2005.- Vol.47.- P.175-256.
Published
2012-05-15
How to Cite
Sulman, E., Valetsky, P., Sulman, M., Bronstein, L., Sidorov, A., & Matveeva, V. (2012). Nanosized catalysts in thin organic synthesis. Chemical Bulletin of Kazakh National University, (2), 43-60. https://doi.org/https://doi.org/10.15328/chemb_2012_243-60
Section
Other Papers