Heterogeneous catalysis of terpenoid redox reactions

• Thesis title in Czech: Heterogenní katalýza redoxních reakcí terpenoidů
• Thesis title in English: Heterogeneous catalysis of terpenoid redox reactions
• Key words: Katalýza, vrstevnaté zeolity, Meervein-Ponndorf-Verley redukce, Oppenheimerova oxidace, cínosilikáty, zirkonosilikáty
• English key words: Catalysis, layered zeolites, Meervein-Ponndorf-Verley reduction, Oppenheimer oxidation, tin-silicates, zirconosilicates
• Academic year of topic announcement: 2020/2021
• Thesis type: Bachelor's thesis
• Thesis language: angličtina
• Department: Department of Physical and Macromolecular Chemistry (31-260)
• Supervisor: Ing. Jan Přech, Ph.D.
• Author: hidden - assigned by the advisor, waiting for guarantor's approval
• Date of registration: 22.06.2020
• Date of assignment: 05.10.2020
• Date of electronic submission: 19.06.2021
• Date of proceeded defence: 12.07.2021
• Opponents: prof. doc. Ing. Roman Bulánek, Ph.D.
• Advisors: doc. Mariya Shamzhy, Ph.D.

Preliminary scope of work

Meervein-Ponndorf-Verley (MPV) redukce a Oppenheimerova oxidace jsou dvě komplementární reakce přenosu vodíku mezi alkoholem a aldehydem/ketonem. Uvedená dvojice reakcí je významná jednak z pohledu chemické syntézy a jednak z pohledu tzv. "zelené chemie", jelikož ji lze provádět za mírných podmínek, bez použití silných oxidačních nebo redučních činidel a lze ji katalyzovat Lewisovsky kyselými heterogenními katalyzátory. Takovými katalyzátory jsou např. cínosilikátové a zirkonosilikátové zeolity, ovšem, jelikož se jedná o mikroporézní materiály, je třeba vhodně upravit jejich strukturu a/nebo morfologii, aby byly schopné katalyzovat i přeměny molekul (např. terpenoidů), které jen obtížně difundují mikroporézním systémem klasických zeolitů.
Předmětem práce bude výzkum heterogenně katalyzovaných redoxních reakcí terpenoidů ve smyslu MPV redukce a Oppenheimerovy oxidace. Cílem práce je připravit katalyzátor typu vrstevnatého cínosilikátového nebo zirkonosilikátového zeolitu MFI, který bude katalyzovat přeměny terpenoidů jako např. citronellol/citronellal nebo verbenol/verbenon ve smyslu výše uvedených reakcí přenosu vodíku. Testovací reakcí pro úvodní screening bude redukce furfuralu na furyl alkohol. Připravené katalyzátory budou charakterizovány standardními metodami charakterizace zeolitických materiálů (XRD, fyzisorpce dusíku/argonu, SEM, TEM, UV/Vis, elementární analýza) a bude zkoukáno jejich chování jako katalyzátorů MPV redukce. Budou též sledovány souvislosti mezi strukturou materiálu a jeho katalytickou aktivitou.

Preliminary scope of work in English

Meervein-Ponndorf-Verley (MPV) reduction and Oppenheimer oxidation are two complementary hydrogen-transfer reactions between alcohols and aldehydes/ketones. These reactions are important from both synthesis and environmental point of view since they occur under mild conditions avoiding strong oxidation or recuction agents and they can be catalysed by Lewis acid heterogenous catalysts. Tin-silicate and zirconosilicate zeolites are such catalysts; however, they are microporous materials and therefore their structure or morphology has to be tuned for sterically demanding substrates, which cannot easily penetrate the microporous system of conventional zeolites.
The subject of the thesis will be investigation of heterogeneously catalysed MPV reduction/Oppenheimer oxidation of terpenoids. The goal of the thesis is to prepare layered MFI type tin-silicate or zirconosilicate catalyst, which will catalyze citronellol/citronellal or verbenol/verbenon transformations by hydrogen transfer. Auxiliary test reaction will be MPV reduction of furfural to furyl alcohol. The prepared catalysts will be chatacterised by means of standard zeolite catalyst characterisation methods (XRD, nitrogen/argon physisorption, SEM, TEM, UV/Vis, elemental analysis) and they will be tested as the MPV reduction catalysts. Structure-activity relationship will be tracked as well.