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Factors affecting the selectivity of the photocatalytic conversion of nitroaromatic compounds over TiO2 to valuable nitrogen-containing organic compounds.

有益な窒素含有有機化合物にTiO2の上に芳香族ニトロ化合物合成物の光触媒転換の選択性に影響を及ぼしている因子。

Published date

2013-01-22

Author

Amer Hakki, Ralf Dillert, Detlef W Bahnemann

Affiliation

Institut für Technische Chemie, Leibniz Universität Hannover, Callinstr. 3, D-30167 Hannover, Germany.

Abstract

The photocatalytic conversion of various nitroaromatic compounds in alcohols employing four different types of TiO(2) (Sachtleben Hombikat UV100 as anatase, Crystal Global R34 as rutile, Evonik-Degussa Aeroxide P25 as an anatase-rutile mixture, and home-made mesoporous anatase) has been studied. The effect of platinization of these different types of TiO(2) on the reaction sequence has also been investigated. Upon irradiation of an ethanolic solution of m-nitrotoluene, as a model reaction, in the presence of the bare photocatalyst, different products were obtained according to the applied photocatalyst. It was found that the surface properties of the photocatalyst play an important role in the reaction pathway and thus in the selectivity of the products. In all cases, a simultaneous reduction of the nitro compound and an oxidation of the alcohol are induced by the photogenerated electrons and holes, respectively. An imine is then produced upon condensation of the generated aldehyde and amino compounds. Rutile was found to be more selective towards the primary amino compound (m-toluedine) while anatase catalysts gave a mixture of m-toluidine and its imine (N-ethylidene-3-methylaniline). A cyclization reaction of the produced imine to generate methyl quinoline was observed when Aeroxide P25 was used as a photocatalyst. Employing platinized TiO(2), the hydrogenation of the produced imine yielding N-alkylated products was found to occur in all cases. However, the selectivity towards the mono N-alkylated product was the best using platinized Hombikat UV100. This selectivity was found to be also influenced by the loaded amount of Pt, the platinization method, and the illumination time but not by the light intensity.

 

4種類の異なるTiO(2)(鋭錐石としてのSachtleben Hombikat UV100、ルチルとしてのクリスタル全体的なR34、鋭錐石-ルチルを混ぜたものとしてのEvonik-デグッサAeroxide P25と自家製の中央多孔性鋭錐石)を使用しているアルコール類のさまざまな芳香族ニトロ化合物合成物の光触媒転換は、研究された。
反応順序のこれらの異なるタイプのTiO(2)のplatinizationの効果も、調査された。
m-ニトロトルエンのエタノールの溶液の照射に応じて、典型的な反応として、裸の光触媒が認められる場合、異なる製品は、実用光触媒によって得られた。
光触媒の表面特性が反応経路で、そして、このように製品の選択性で重要な役割を果たすことが判明した。
全ての場合において、ニトロ化合物の同時還元とアルコールの酸化は、それぞれ写真生成の電子と穴によって誘発される。
それから、イミンは発生するアルデヒドとアミノ化合物の濃縮に応じて生じる。
鋭錐石触媒がm-トルイジンとそのイミン(N-エチリデン-3-メチルアニリン)の混合物を与える間、ルチルが初期アミノ化合物(m-toluedine)の方へより選択的であるとわかった。
Aeroxide P25が光触媒として使われたとき、メチル・キノリンを生成する産生されたイミンの環化反応は観察された。
白金めっきされたTiO(2)を使用して、Nをアルキル化された製品を産生している産生されたイミンの水素化が、すべての症例で起こるとわかった。
しかしながら、モノラルNをアルキル化された製品の方の選択性は、白金めっきされたHombikat UV100を用いて最善だった。
この選択性が、光度によってでなくPt、platinization方法と照明時間のロードした量によって影響されもするとわかった。


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