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Descrizione
commessa
Sostenibilità in processi selettivi: catalizzatori, metodologie e approcci innovativi


Tematiche di ricerca:
Sintesi ed utilizzo di catalizzatori ad alta selettività ed efficienza per processi in fase omogenea. Sviluppo di catalizzatori ibridi enzimatici / chimici. Eterogenizzazione di catalizzatori omogenei selettivi su supporti insolubili: catalisi eterogenea e riciclo di catalizzatori. Preparazione di nanoparticelle metalliche supportate su matrici solide: catalisi eterogenea selettiva. Sviluppo di supporti solidi polimerici innovativi. Sviluppo ed utilizzo di reattori a flusso per catalisi selettive. Sviluppo di catalizzatori idrosolubili e processi catalitici selettivi in fase acquosa o bifasica. Sintesi e impiego di liquidi ionici come solventi in sintesi organica. Studio di processi sostenibili per l' attivazione del fosforo bianco. Studio di processi selettivi: idrogenazione, trasferimento di idrogeno, ossidazione, solvolisi, C-C coupling, C-X bond forming. Sintesi multicomponente di molecole bioattive, attraverso reazioni in sequenza. Sintesi di leganti chirali Caratterizzazione di catalizzatori molecolari ed eterogenei. Studio delle relazioni reattività-struttura e dei meccanismi di reazione. Ottenimento per via catalitica di composti di chimica fine di interesse industriale.
Obiettivi:
Preparazione a basso costo ed alto rendimento di leganti otticamente puri. Preparazione di catalizzatori (omo- ed eterogenei) ad elevata attività e selettività per processi a basso impatto ambientale. Sviluppo di tecniche catalitiche per produzione su larga scala di composti organici secondo le i principi della "Green Chemistry". Utilizzo della catalisi in trasferimento di fase o bifasica acquosa. Sviluppo di nuove sequenze reazionali catalizzate da complessi del palladio. Comprensione dei meccanismi di reazione e delle relazioni reattività – struttura. Sostituzione di reagenti stechiometrici, catalizzatori a base di metalli nobili e/o contenenti elementi nocivi, in processi di chimica fine. Sviluppo di catalizzatori metallo-proteina selettivi. Sviluppo di catalizzatori e tecniche per la eterogeneizzazione, il recupero ed il riciclo di catalizzatori. Produzione di materiali solidi innovativi come supporto per catalizzatori. Ricerca di liquidi-ionici con miglior stabilità e potere solvente e di facile recupero. Progettazione e realizzazione di reattori per catalisi selettive.
Stato dell'Arte:
L' ottenimento e l' impiego di sistemi catalitici innovativi altamente selettivi per la produzione di intermedi di chimica fine e di prodotti dell'industria farmaceutica, cosmetica ed agrochimica è un campo di particolare importanza da un punto di vista sia economico che ambientale. Numerose strategie sono state sviluppate negli ultimi anni a questo scopo. In particolare: l' eterogeneizzazione di sistemi catalitici omogenei, la preparazione di catalizzatori metallici nanostrutturati, l' impiego di mezzi di reazione e reagenti alternativi, lo sviluppo di catalizzatori ibridi chimico-biologici, lo sviluppo di reazioni catalitiche in sequenza. Fra gli obbiettivi primari di tali ricerche è lo sviluppo di catalizzatori che possano essere utilizzati in reattori per applicazioni industriali. In effetti, molte applicazioni su larga scala sono limitate dal costo dei catalizzatori, dalla complessità della loro preparazione, dal loro degrado o dalla difficoltà di riciclo. Questa tematica è riconosciuta come primaria da varie istituzioni e progetti a livello Europeo: il settimo Programma Quadro, la Piattaforma Tecnologica Europea "Sustainable Chemistry", il CEFIC (European Chemical Industry)
Potenziale Impiego:
per processi produttivi:
L'impiego dei catalizzatori ottenuti è previsto nel settore della chimica industriale per la produzione su larga scala di fine chemicals. In particolare, lo studio è rivolto allo sviluppo di metodologie innovative per il miglioramento di processi catalitici con finalità di sostenibilità ambientale ed economica. A tal scopo i catalizzatori ottenuti dovranno conformarsi al maggior numero dei seguenti requisiti: - minimo impatto ambientale, - minimizzazione dello sfruttamento delle risorse naturali, - minimizzazione della produzione di materiali di scarto e/o inquinanti e/o nocivi; - contenimento dei costi, - recupero e riciclo dl catalizzatore, - operatività in condizioni di reazione blande, - eccellente attività e selettività, - sostituzione di metodiche tradizionali di sintesi, - sostituzione di solventi e reagenti non eco-compatibili, - facilità di preparazione ed utilizzo, - adattabilità all' utilizzo in reattori, - versatilità (in termini di substrati e reazioni sfruttabili) - trasformazione di processi stechiometrici in processi catalitici.
per risposte a bisogni individuali e collettivi:
Le risposte ipotizzabili sono nel settore della sostenibilità dei processi produttivi a livello industriale, nella compatibilità ambientale e nella produzione di nuove molecole altamente sofisticate, non sintetizzabili con metodiche "classiche", e/o dotate di proprietà esclusive (agrochimiche, terapeutiche, fragranze, etc.). In particolare, lo sviluppo di metodologie innovative per la produzione di composti chimici altamente elaborati rappresenta un obiettivo di primaria importanza in una società in cui la richiesta crescente (quantitativa e qualitativa) di tali composti contrasta con la necessità di ottenerli con la minor incidenza economica, ambientale e di consumo energetico.
Competenze, strumentazione, tecniche di indagine e tecnologie :
Competenze (conoscenze possedute dai partecipanti alla commessa rilevanti ai fini del suo svolgimento):
- Sintesi di composti organici; - Sintesi di leganti (chirali e/o polidentati); - Sintesi speciali in atmosfera controllata; - Sintesi di polimeri; - Sintesi di catalizzatori omogenei (composti organometallici e complessi metallici); - Sintesi di materiali di supporto solidi insolubli; - Eterogeneizzazione di catalizzatori omogenei; -Preparazione di catalizzatori nanostrutturati utilizzando vapori di metalli; - Catalisi omogenea ed eterogenea (chemo-, regio-, diastereo- ed enantioselettive); - Studio dei meccanismi di reazione; -Uso di liquidi ionici come solventi alternativi. - Reazioni di idrogenazione, trasferimento di idrogeno, idroformilazione, ossidazione; - Reazioni in alta pressione di gas; - Caratterizzazioni spettroscopiche e microscopiche: composti organici, composti metallorganici, materiali catalitici nanostrutturati, caratterizzazioni in situ e in condizioni catalitiche, materiali solidi di supporto; - Costruzione di reattori; - Misure cinetiche; titolazioni quantitative di ioni e acquametria secondo Karl-Fischer - Modellazione molecolare.
Strumentazione (dispositivi, apparecchiature o impianti utilizzati per lo svolgimento delle attività):
Strumentazioni spettroscopiche (NMR), microscopiche (SPM, BET), spettrofotometriche (IR, UV-VIS) cromatografiche e spettrometriche (GC, GC-MS, HPLC, GLC), analitiche (Karl-Fischer), termogravimetriche (TGA, TPD), diffrattometriche (XRD singolo cristallo e polveri).
Tecniche d'indagine (metodologie per la comprensione di fenomeni o strutture attraverso l'impiego combinato di competenze e strumentazione):
Tecniche sintetiche e catalitiche. Preparazione di catalizzatori eterogenei nanostrutturati. Tecniche d'indagine e di modelling.
Tecnologie (Metodologie di modellazione o di intervento su oggetti e sistemi):
 
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