ΕΚΠΑ: ΠΜΣ Κατάλυση και Εφαρμογές της στη Βιομηχανία

ΜΑΘΗΜΑΤΑ - ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥΔΩΝ

Το ΠΜΣ ξεκινά το χειμερινό εξάμηνο εκάστου ακαδημαϊκού έτους. Για την απόκτηση Διπλώματος Μεταπτυχιακών Σπουδών (ΔΜΣ) απαιτούνται συνολικά ενενήντα (90) πιστωτικές μονάδες (ECTS). Κατά τη διάρκεια των σπουδών, οι μεταπτυχιακοί φοιτητές υποχρεούνται στην παρακολούθηση και επιτυχή εξέταση 3 υποχρεωτικών μεταπτυχιακών μαθημάτων και 3 μεταπτυχιακών μαθημάτων επιλογής και στην εκπόνηση ερευνητικής μεταπτυχιακής διπλωματικής εργασίας υπό την επίβλεψη του ορισθέντος ως επιβλέποντος μέλος ΔΕΠ. Θα πρέπει να τονιστεί ότι η δομή του ΠΜΣ «Κατάλυση και Εφαρμογές της στη Βιομηχανία» όπου προσφέρεται ένα ευρύ φάσμα μαθημάτων στο ενοποιημένο πεδίο της ομογενούς, ετερογενούς και ενζυματικής εφαρμοσμένης κατάλυσης είναι μια πολύ σύγχρονη δομή επειδή παραδοσιακά οι τρεις αναφερθέντες τομείς της κατάλυσης εξελίχθηκαν σχεδόν ξεχωριστά ο ένας από τον άλλον και θεωρούνται ουσιαστικά ως τρεις σχεδόν διαφορετικοί κλάδοι, η δε ορολογία και βιβλιογραφία τους αναπτύχθηκαν χωρίς ενότητα, συνοχή και επικάλυψη. Τα τελευταία χρόνια όμως, πολλοί πιστεύουν ότι μια ενοποίηση αυτών των τριών κλάδων θα έχει αμοιβαίο όφελος και θα οδηγήσει στην κατανόηση πολλών καταλυτικών φαινομένων και σε μια ακόμη μεγαλύτερη ανάπτυξη του διεπιστημονικού κλάδου της κατάλυσης.

Η διδασκαλία των μαθημάτων γίνεται διά ζώσης. Τα μαθήματα οργανώνονται σε εξάμηνα, πραγματοποιούνται σε εβδομαδιαία βάση και διεξάγονται στην ελληνική γλώσσα. Υπάρχει επίσης η δυνατότητα τα μαθήματα να διεξαχθούν στην αγγλική γλώσσα. Η ύλη των μαθημάτων είναι ορθολογικά κατανεμημένη στο ενοποιημένο πεδίο της κατάλυσης και βρίσκεται σε συμφωνία με όσα προβλέπονται από το σύστημα ECTS.

Το πρόγραμμα των μαθημάτων διαμορφώνεται ως εξής:

Α΄ ΕΞΑΜΗΝΟ

Μαθήματα Υποχρεωτικά

Διδασκαλία

(ώρες/εξάμηνο)

ECTS

Βασικές Αρχές της Κατάλυσης και Βιομηχανικές Εφαρμογές

Βασική Ομογενής Κατάλυση

Βασική Βιοκατάλυση

Σύνολο

Β΄ ΕΞΑΜΗΝΟ

Μαθήματα Επιλογής (απαιτούνται 3 από τα 6)

Διδασκαλία

(ώρες/εξάμηνο)

ECTS

Κατάλυση με Πλειάδες

Χημεία Φιλική προς το Περιβάλλον: Διφασική Κατάλυση

Χημεία Φιλική προς το Περιβάλλον: Φωτοκατάλυση

Καταλυτικές Αντιδράσεις Σύνθεσης και Τροποποίησης Πολυμερών

Εφαρμογές της Κατάλυσης στα Βιοδιυλιστήρια

Ειδικά Κεφάλαια της Κατάλυσης στην Οργανική Σύνθεση

Σύνολο

Γ΄ ΕΞΑΜΗΝΟ

ECTS^*

Εκπόνηση Ερευνητικής Μεταπτυχιακής Διπλωματικής Εργασίας

30^*

Σύνολο

30^*

^*30 ECTS επειδή η εκπόνηση της Ερευνητικής Μεταπτυχιακής Διπλωματικής Εργασίας απαιτεί καθημερινή πολύωρη απασχόληση η οποία ανέρχεται συνολικά πάνω από 800 ώρες ερευνητικής εργασίας και πραγματοποιείται κατά τη διάρκεια και των τριών εξαμήνων κυρίως δε στο Γ’ εξάμηνο.

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΟ - ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΜΑΘΗΜΑΤΩΝ

ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΤΗΣ ΚΑΤΑΛΥΣΗΣ ΚΑΙ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ

Διδάσκοντες: Γεώργιος Παπαδογιαννάκης, Ανθούλα - Χρύσα Παπαγεωργίου

Ηλεκτρονική σελίδα μαθήματος: https://eclass.uoa.gr/courses/CHEM293/

Περιεχόμενο Μαθήματος: Βασικές έννοιες: βασικοί τύποι καταλυτικών συστημάτων, καταλυτική δραστικότητα, εκλεκτικότητα/οικονομία ατόμων, χρόνος ζωής των καταλυτικών συστημάτων, φύση των ενεργών κέντρων των καταλυτών. Σύγκριση της ομογενούς με την ετερογενή κατάλυση και τη βιοκατάλυση. Πράσινη Χημεία και Βιώσιμη Χημεία. Αρχές της Πράσινης Χημείας. Μηχανισμοί ομογενών καταλυτικών διεργασιών και θεωρητικές μελέτες επιβεβαίωσης μηχανισμών. Μηχανισμοί ετερογενών καταλυτικών διεργασιών. Βασικές χημικές βιομηχανικές καταλυτικές διεργασίες (Unit Processes). Διεργασίες διυλιστηρίων πετρελαίου: καταλυτική διάσπαση, υδρογονοεπεξεργασία, διεργασία Merox, υδρογονοδιάσπαση, αναμόρφωση, αλκυλίωση, ισομερείωση, ανάκτηση στοιχειακού θείου (διεργασία Claus) κ.λπ. Παραγωγή εναλλακτικών καυσίμων από μη-ανανεώσιμες πρώτες ύλες: παραγωγή βενζίνης από μεθανόλη με την πορεία MTG και από αέριο σύνθεσης με την πορεία Fischer-Tropsch. Βιομηχανικές διεργασίες παραγωγής χημικών προϊόντων που βασίζονται στη δράση ετερογενών καταλυτικών συστημάτων: αφυδρογόνωση αιθυλοβενζολίου προς στυρένιο, υδρογόνωση αζώτου προς αμμωνία, σύνθεση μεθανόλης, εποξείδωση αιθυλενίου προς αιθυλενοξείδιο, οξείδωση αιθυλενίου προς ακεταλδεῢδη (διεργασία Wacker) κ.λπ. Βιομηχανικές διεργασίες παραγωγής χημικών προϊόντων με ομογενή καταλυτικά συστήματα: υδροφορμυλίωση ολεφινών (διεργασίες Shell, LPO, RCH/RP), καρβονυλίωση μεθανόλης προς οξικό οξύ (διεργασίες Monsanto, Cativa), υδροκαρβοξυλίωση ολεφινών κ.λπ. Ασύμμετρη κατάλυση: εναντιοεκλεκτική υδρογόνωση προχειρόμορφων ολεφινών για τη βιομηχανική παραγωγή του L-dopa (διεργασία Monsanto) και εναντιοεκλεκτική ισομερείωση για την παραγωγή L-μενθόλης (διεργασία Takasago). Πράσινη διεργασία Boots-Hoechst Celanese για την παραγωγή του μη-στεροειδούς, αντιφλεγμονώδους φαρμάκου (ΜΣΑΦ) ιβουπροφαίνη. Εφαρμογές ενζύμων στη βιομηχανική κλίμακα παραγωγής (white biotechnology): ενζυματική καταλυτική υδρόλυση αμύλου προς γλυκόζη και ισομερείωση γλυκόζης προς φρουκτόζη. Βιοδιυλιστήρια: παραγωγή βιοντίζελ 1^ης γενιάς με τη διεργασία της μετεστεροποίησης και βιοντίζελ 2^ης γενιάς με την υδρογονοεπεξεργασία ανανεώσιμων φυτικών ελαίων. Καταλυτικές μετατροπές ανανεώσιμων υδατανθράκων για την παραγωγή βιοκαυσίμων προηγμένης τεχνολογίας, βιο-βασιζόμενων εναλλακτικών χημικών προϊόντων και νέων βιο-υλικών. Βιοκαύσιμα και χημικά προϊόντα drop-in. Τριοδικοί καταλυτικοί μετατροπείς (Three Way Catalysts, TWCs), 1^ης έως και 4^ης γενιάς, των αυτοκινήτων με βενζινοκινητήρα (Otto engine). Εκλεκτική καταλυτική αναγωγή (Selective Catalytic Reduction, SCR) για τη μετατροπή των εκπομπών NOx από οχήματα με πετρελαιοκινητήρα (Diesel engine), από βιομηχανικές μονάδες και συγκροτήματα παραγωγής ενέργειας.

Βιβλιογραφία:

1) Γ.Κ. Παπαδογιαννάκης, Σημειώσεις μαθήματος «Βασικές Αρχές της Κατάλυσης και Βιομηχανικές Εφαρμογές», ΠΜΣ «Κατάλυση και Εφαρμογές της στη Βιομηχανία», Τμήμα Χημείας, Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών, Αθήνα 2021 (305 σελίδες).

2) R.A. van Santen, P.W.N.M. van Leeuwen, J.A. Moulijn, B.A. Averill (Editors), “Catalysis: An Integrated Approach”, Second, Revised and Enlarged Edition, Netherlands Institute for Catalysis Research (NIOK), Elsevier, Amsterdam, 1999.

3) B. Cornils, W.A. Herrmann, M. Beller, R. Paciello, (Editors), “Applied Homogeneous Catalysis with Organometallic Compounds: A Comprehensive Handbook in Four Volumes”, 3rd Ed., Wiley-VCH, Weinheim, 2018.

4) B. Kamm, P.R. Gruber, M. Kamm (Editors), Biorefineries-Industrial Processes and Products: Status Quo and Future Directions, Wiley-VCH, Weinheim, 2010.

5) A. Pandey, R. Höfer, M. Taherzadeh, M. Nampoothiri, Ch. Larroche (Editors), Industrial Biorefineries & White Biotechnology, Elsevier, Amsterdam, 2015.

6) J. M. Thomas, W.J. Thomas, “Principles and Practice of Heterogeneous Catalysis”, VCH, Weinheim, 1997.

7) J.A. Moulijn, M. Makkee, A. van Diepen, “Chemical Process Technology”, Wiley-VCH, Chichester, 2001.

8) G. Rothenberg, “Catalysis: Concepts and Green Applications”, 2nd Edition, Wiley-VCH, 2017.

9) U. Hanefeld, L. Lefferts (Editors), “Catalysis: An Integrated Textbook for Students” Netherlands Institute for Catalysis Research (NIOK), Wiley-VCH, Weinheim, 2018.

10) M. R. Cesario, D.A. de Macedo (Editors), “Heterogeneous Catalysis: Materials and Applications”, 1^st Edition, Elsevier, 2022.

ΒΑΣΙΚΗ ΟΜΟΓΕΝΗΣ ΚΑΤΑΛΥΣΗ

Διδάσκοντες: Κωνσταντίνος Μερτής, Πατρίνα Παρασκευοπούλου, Σπύρος Κοΐνης

Ηλεκτρονική σελίδα μαθήματος: https://eclass.uoa.gr/courses/CHEM294/

Περιεχόμενο Μαθήματος: Φύση δεσμών άνθρακα και υδρογόνου µε στοιχεία μετάπτωσης (µεταλλο-αλκύλια, -καρβένια, -καρβίνια, -καρβίδια, -υδρίδια, π-σύµπλοκα) – τρόπος σχηματισμού και χημική δραστικότητα. Βασικά στάδια ομογενούς κατάλυσης. Σύµπλεξη και ενεργοποίηση υποστρωμάτων. Οξειδωτική προσθήκη – αναγωγική απόσπαση. Αντιδράσεις εισαγωγής. Υδρογόνωση ολεφινών. Καταλυτικές αντιδράσεις συνθετικού αερίου (υδροφορµυλίωση, υδροκαρβοξυλίωση, καρβονυλίωση). Πολυμερισμός, συµπολυµερισµός, κυκλοολιγοµερισµός ακόρεστων υποστρωμάτων. Καταλυτική τροποποίηση ακόρεστων πολυµερών (οξείδωση, εποξείδωση. υδροπυριτίωση). Παραδείγματα βιομηχανικών ομογενών καταλυτικών αντιδράσεων.

Βιβλιογραφία:

1) Κ. Μερτής, Π. Παρασκευοπούλου, Σ. Κοΐνης, Σημειώσεις διδασκόντων.

4) G.W. Parshall, S. D. Ittel Homogeneous Catalysis: The Applications and Chemistry of Catalysis by Soluble Transition Metal Complexes, Wiley, New York, 1992.

5) S. Bhaduri, D. Mukesh, Homogeneous Catalysis: Mechanisms and Industrial Application, Wiley, New York, 2000.

6) U. Hanefeld, L. Lefferts (Editors), “Catalysis: An Integrated Textbook for Students” Netherlands Institute for Catalysis Research (NIOK), Wiley, 2018.

7) R.R. Schrock, Multiple metal-carbon bonds for catalytic metathesis reactions (Nobel Lecture), Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 3748-3759.doi: 10.1002/anie.200600085.

8) R.H. Grubbs, Olefin-metathesis catalysts for the preparation of molecules and materials (Nobel Lecture), Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 3760-3765. doi: 10.1002/anie.200600680.

9) K.J. Ivin, J.C. Mol, Olefin Metathesis and Metathesis Polymerization; Academic Press: Cambridge, MA, USA, 1997.

10) V. Dragutan, R. Streck, Catalytic Polymerization of Cycloolefins: Ionic, Ziegler-Natta and Ring-Opening Metathesis Polymerization; Elsevier: Amsterdam, the Netherlands, 2000.

ΒΑΣΙΚΗ ΒΙΟΚΑΤΑΛΥΣΗ

Διδάσκοντες: Παναγιώτης Κυρίτσης, Γεώργιος Κόκοτος, Βικτωρία Μαγκριώτη

Ηλεκτρονική σελίδα μαθήματος: https://eclass.uoa.gr/courses/CHEM295/

Περιεχόμενο Μαθήματος: Αρχές βιοκατάλυσης. Δομή, θερμοδυναμική και κινητική σταθερότητα των πρωτεϊνικών ενζύμων και μηχανισμός δράσης των ενζύμων. Πλεονεκτήματα της βιοκατάλυσης σε σύγκριση με τη χημική κατάλυση. Σχέση δομής και καταλυτικής δραστικότητας μεταλλοενζύμων. Εισαγωγή μεταλλικών ιόντων σε πρωτεΐνες και μελέτη των παραγόμενων τεχνητών μεταλλοενζύμων. Βιοκατάλυση και συνθετική οργανική χημεία. Σύνθεση οπτικά καθαρών οργανικών ενώσεων με τη χρήση ενζύμων. Ενζυμική κατάλυση σε οργανικούς διαλύτες. Ενζυμική σύνθεση οπτικά καθαρών αμινοξέων και χρήση ενζύμων στην πεπτιδική σύνθεση. Βιομηχανικές εφαρμογές της βιοκατάλυσης στη σύνθεση φαρμάκων και χημικών υψηλής προστιθέμενης αξίας. Σύνθεση χημικών προϊόντων με φιλικές προς το περιβάλλον βιοτεχνολογικές μεθόδους. Βιοκαταλυτικές μέθοδοι για την παραγωγή χημικών προϊόντων από βιομάζα. Βιοκατάλυση και περιβάλλον: Βιοαποικοδόμηση ρυπαντών με τη χρήση ενζύμων ή βακτηρίων. Απομάκρυνση τοξικών μετάλλων / ραδιενεργών νουκλιδίων, αποθείωση κλασμάτων πετρελαίου, αντιμετώπιση πετρελαιοκηλίδων με βιοτεχνολογικές μεθόδους.

Βιβλιογραφία:

1) J. Reedijk and Bouman, (Eds.), “Bioinorganic Catalysis”, Second Edition, Marcel Dekker, 1990.

2) Bertini, Gray, Lippart, Vallentine, Bioinorganic Chemistry, Un.Sc. Books, 1994.

3) M. Sinnot, (Ed.), Comprehensive Biological Catalysis, Academic Press, 1998.

4) Enzyme Nomenclature, International Union of Biochemistry and Molecular Biology, 1992.

5) R. Eisenthal and M. Danson, Enzyme Assays, 1996.

6) S. Wu, R. Snajdrova, J.C. Moore, K. Baldenius, U.T. Bornscheuer, “Biocatalysis: Enzymatic Synthesis for Industrial Applications”, Angew. Chem. Int. Ed., 60 (2021) 88-120.

7) U. Hanefeld, L. Lefferts (Editors), “Catalysis: An Integrated Textbook for Students” Netherlands Institute for Catalysis Research (NIOK), Wiley, 2018.

ΚΑΤΑΛΥΣΗ ΜΕ ΠΛΕΙΑΔΕΣ

Διδάσκοντες: Κωνσταντίνος Μερτής, Πατρίνα Παρασκευοπούλου, Νικόλαος Ψαρουδάκης

Ηλεκτρονική σελίδα μαθήματος: https://eclass.uoa.gr/courses/CHEM319/

Περιεχόμενο Μαθήματος: Πλειάδες με πολλαπλούς δεσμούς µετάλλου-µετάλλου. Φύση και ιδιότητες των δεσµών μετάλλου-μετάλλου. Χημική δραστικότητα. Σύγκριση των πλειάδων µε τη στερεή επιφάνεια. Γιγάντιες πλειάδες και µόρια. Κολλοειδή. Εφαρμογές των πλειάδων στη σύνθεση και την κατάλυση – ενεργοποίηση αδρανών µορίων (αλκάνια, CO₂, N₂), αντίδραση ROMP, πολυμερισμός και κυκλοολιγομερισμός αλκινίων.

Βιβλιογραφία:

1) Κ. Μερτής, Π. Παρασκευοπούλου, Σημειώσεις διδασκόντων.

2) F.A. Cotton, G.W. Wilkinson, C.A. Murillo, M. Bochman, Advanced Inorganic Chemistry, 6th eds., Wiley-Interscience, 1999.

3) R.H. Crabtree, The Organometallic Chemistry of the Transition Metals, 2^nd Edition, John Wiley, New York, 2000.

4) R.D. Adams and F.A. Cotton, Catalysis by Di- and Polynuclear Metal Cluster Complexes, Wiley-VCH, 1998.

5) B. Cornils, W.A. Herrmann, M. Beller, R. Paciello, (Editors), “Applied Homogeneous Catalysis with Organometallic Compounds: A Comprehensive Handbook in Four Volumes”, 3rd Ed., Wiley-VCH, Weinheim, 2018.

6) U. Hanefeld, L. Lefferts (Editors), “Catalysis: An Integrated Textbook for Students” Netherlands Institute for Catalysis Research (NIOK), Wiley, 2018.

7) M. R. Cesario, D.A. de Macedo (Editors), “Heterogeneous Catalysis: Materials and Applications”, 1^st Edition, Elsevier, 2022.

ΧΗΜΕΙΑ ΦΙΛΙΚΗ ΠΡΟΣ ΤΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ: ΔΙΦΑΣΙΚΗ ΚΑΤΑΛΥΣΗ

Διδάσκοντες: Γεώργιος Παπαδογιαννάκης

Ηλεκτρονική σελίδα μαθήματος: https://eclass.uoa.gr/courses/CHEM279/

Περιεχόμενο Μαθήματος: Αρχές της κατάλυσης σε υδατικά/οργανικά, φθοράνθρακες/οργανικά, ιοντικά υγρά/οργανικά διφασικά συστήματα και της κατάλυσης σε υπερκρίσιμα ρευστά. Υδατοδιαλυτά καταλυτικά σύμπλοκα των στοιχείων μετάπτωσης. Βιομηχανικές καταλυτικές διεργασίες σε υδατικά/οργανικά διφασικά συστήματα: i) διεργασία Ruhrchemie/Rhône-Poulenc (RCH/RP) της υδροφορμυλίωσης ολεφινών μικρού μοριακού βάρους, ii) διεργασία Rhône-Poulenc της αλκυλίωσης του μυρσενίου προς γερανυλοακετόνη, μια ενδιάμεση ένωση της σύνθεσης της βιταμίνης Ε, iii) διεργασία Kuraray του υδροδιμερισμού 1,3-βουταδιενίου για την παραγωγή 1,9-εννεανοδιόλης ή 1-οκτανόλης. Yδροφορμυλίωση ολεφινών μεσαίου και υψηλού μοριακού βάρους. Κατάλυση σε μικκυλιακά συστήματα. Μονοφασική κατάλυση με διφασική ανάκτηση και ανακύκλωση του καταλύτη. Αρχές της κατάλυσης σε συστήματα θερμορυθμιζόμενης μεταφοράς φάσης (thermoregulated phase transfer catalysis), σε συστήματα μεταφοράς φάσης (phase transfer catalysis, PTC) και με αντίθετη μεταφορά μεταξύ των φάσεων (counter phase transfer catalysis, CPTC). Κατάλυση σε στηριζόμενη υδατική φάση (supported aqueous phase catalysis, SAP). Υδροφορμυλίωση εσωτερικών ολεφινών. Υδροφορμυλίωση α-ολεφινών με δραστικές ομάδες. Υδροκαρβοξυλίωση ολεφινών. Καρβονυλίωση αλκοολών και αλογονιδίων. Υδρογόνωση απλών ολεφινών, αλλυλικών συστημάτων και καρβονυλοενώσεων. Υδρογόνωση ανανεώσιμων ενώσεων πλατφόρμας και πολυακόρεστων μεθυλεστέρων φυτικών ελαίων. Εναντιοεκλεκτική υδρογόνωση προχειρόμορφων ολεφινών. Υδρογόνωση του CO₂. Αντιδράσεις σύζευξης τύπου Heck, Suzuki και Stille σε υδατικό περιβάλλον. Εναλλασσόμενος συμπολυμερισμός ολεφινών με μονοξείδιο του άνθρακα προς πολυκετόνες (engineering thermoplastics) σε υδατικά/οργανικά διφασικά συστήματα.

Βιβλιογραφία:

1) Γ.Κ. Παπαδογιαννάκης, Σημειώσεις μαθήματος «Χημεία Φιλική προς το Περιβάλλον: Διφασική Κατάλυση», ΠΜΣ «Κατάλυση και Εφαρμογές της στη Βιομηχανία», Τμήμα Χημείας, Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών, Αθήνα 2021 (127 σελίδες).

2) G. Papadogianakis, R.A. Sheldon, “Catalytic Conversions in Water: Environmentally Attractive Processes Employing Water Soluble Transition Metal Complexes’’, New J. Chem. 20 (1996) 175-185.

3) G. Papadogianakis, R.A. Sheldon, “Catalytic Conversions in Water. Part 7: Αn Environmentally Benign Concept for Heterogenization of Homogeneous Catalysis’’, Catalysis: Specialist Periodical Reports, Royal Society of Chemistry 13 (1997) 114-193.

4) G. Papadogianakis, R.A. Sheldon (Guest Editors), “Special issue on recent advances in catalysis in green aqueous media”, Catal. Today 247 (2015) 1-190.

5) B. Cornils, W.A. Herrmann (Editors), “Aqueous-Phase Organometallic Catalysis: Concepts and Applications”, Second, Completely Revised and Enlarged Edition, Wiley-VCH, Weinheim, 2004.

6) I.T. Horváth, J. Rábai, “Facile Catalyst Separation Without Water: Fluorous Biphase Hydroformylation of Olefins” Science, 266 (1994) 72-75.

7) K.H. Shaughnessy, “Hydrophilic Ligands and Their Application in Aqueous-Phase Metal-Catalyzed Reactions”, Chem. Rev. 109 (2009) 643-710.

8) V.S. Shende, V.B. Saptal, B.M. Bhanage, “Recent Advances Utilized in the Recycling of Homogeneous Catalysis”, Chem. Rec. 19 (2019) 2022-2043.

9) T. Shen, S. Zhou, J. Ruan, X. Chen, X. Liu, X. Ge, C. Qian, “Recent advances on micellar catalysis in water”, Adv. Colloid Interface Sci. 287 (2021) 102299.

10) N. Yan, C. Xiao, Y. Kou, “Transition metal nanoparticle catalysis in green solvents”, Coord. Chem. Rev. 254 (2010) 1179–1218.

11) U. Hanefeld, L. Lefferts (Editors), “Catalysis: An Integrated Textbook for Students” Netherlands Institute for Catalysis Research (NIOK), Wiley-VCH, Weinheim, 2018.

ΧΗΜΕΙΑ ΦΙΛΙΚΗ ΠΡΟΣ ΤΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ: ΦΩΤΟΚΑΤΑΛΥΣΗ

Διδάσκοντες: Χριστιάνα Μητσοπούλου

Ηλεκτρονική σελίδα μαθήματος: https://eclass.uoa.gr/courses/CHEM320/

Περιεχόμενο Μαθήματος: Αρχές επίδρασης φωτός και ύλης. Ομογενής φωτοκαταλυτική μεταφορά πρωτονίου. Οργανική σύνθεση, σύνθεση πολυμερών με φωτοευαισθητοποιούμενη μεταφορά ηλεκτρονίων. Σύμπλοκα στοιχείων μεταπτώσεως και ομογενής φωτοκαταλυτική μετατροπή οργανικών υποστρωμάτων. Διάσπαση νερού από μοριακά σε υπερμοριακά (supramolecular) φωτοχημικά συστήματα. Οργανωμένα συστήματα και ομογενής φωτοκατάλυση. Φωτοσύνθεση, ένα φυσικό μοντέλο για την φωτοκατάλυση.

Βιβλιογραφία:

1) Χ. Μητσοπούλου, Σημειώσεις μαθήματος «Χημεία Φιλική προς το Περιβάλλον: Φωτοκατάλυση», ΠΜΣ «Κατάλυση και Εφαρμογές της στη Βιομηχανία», Τμήμα Χημείας, Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών, Αθήνα 2021 (42 σελίδες).

2) M. Chanon, Homogeneous Photocatalysis, Wiley, New York, 1997.

3) N. Serpone, E. Pelizzeti, “Photocatalysis: Fundamentals and Applications”, Wiley, New York, 1989.

4) V.K. Yachandra, K. Sauer, M.P. Klein, “Manganese Cluster in Photosynthesis: Where Plants Oxidize Water to Dioxygen”, Chemical Reviews 96 (1996) 2927-2950.

5) Y. Nosaka, A. Nosaka, “Introduction to Photocatalysis: From Basic Science to Applications” 1^st Edition, RSC, 2016.

6) J. Strunk (Editor), “Heterogeneous Photocatalysis: From Fundamentals to Applications in Energy Conversion and Depollution”, Wiley, 2021.

7) U. Hanefeld, L. Lefferts (Editors), “Catalysis: An Integrated Textbook for Students” Netherlands Institute for Catalysis Research (NIOK), Wiley, 2018.

8) M. R. Cesario, D.A. de Macedo (Editors), “Heterogeneous Catalysis: Materials and Applications”, 1st Edition, Elsevier, 2022.

9) J. Zhang, B.Tian, L. Wang, M. Xing, J. Lei, “Photocatalysis: Fundamentals, Materials and Applications”, Springer, 2018.

10) G. Rothenberg, “Catalysis: Concepts and Green Applications”, 2nd Edition, Wiley-VCH, 2017.

ΚΑΤΑΛΥΤΙΚΕΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΣΥΝΘΕΣΗΣ ΚΑΙ ΤΡΟΠΟΠΟΙΗΣΗΣ ΠΟΛΥΜΕΡΩΝ

Διδάσκοντες: Μαρίνος Πιτσικάλης

Ηλεκτρονική σελίδα μαθήματος: https://eclass.uoa.gr/courses/CHEM300/

Περιεχόμενο Μαθήματος: Καταλύτες Ziegler-Natta: Ετερογενή καταλυτικά συστήματα. Σύνθεση και δομή καταλυτών. Ο ρόλος του συνκαταλύτη. Πολυμερισμός ολεφινών. Η φύση των ενεργών κέντρων. Στερεοεκλεκτικότητα καταλυτών. Μηχανισμός πολυμερισμού. Ομογενή καταλυτικά συστήματα. Μεταλλοκενικοί καταλύτες: Σύνθεση καταλυτών, ηλεκτρονική δομή και ιδιότητες. Δράση του συνκαταλύτη. Πολυμερισμός αιθυλενίου (ομοπολυμερή και συμπολυμερή). Πολυμερισμός προπυλενίου: στερεο- και regio-εκλεκτικότητα, επίδραση της συμμετρίας του καταλυτικού συστήματος στη μικροδομή του πολυπροπυλενίου, μηχανισμός του πολυμερισμού. Πολυμερισμός κυκλοολεφινών, στυρενίου, (μεθ)ακρυλικών εστέρων και διενίων: μηχανισμός πολυμερισμού, επίδραση της δομής του καταλύτη στη μικροδομή των παραγόμενων πολυμερών. Πολυμερισμός ολεφινών με άλλα καταλυτικά συστήματα: Καταλύτες Pd, Ni, διπυρηνικά σύμπλοκα Mo, W, κλπ. Ετερογενοποίηση καταλυτών: Τεχνικές ακινητοποίησης καταλυτών σε πολυμερικά υποστρώματα. Εφαρμογές στη σύνθεση πολυμερών. Καταλυτική χημική τροποποίηση πολυμερών: Υδρογόνωση πολυδιενίων: ομογενή και ετερογενή καταλυτικά συστήματα, επίδραση της δομής του πολυμερικού υποστρώματος. Υδροπυριτίωση πολυδιενίων. Αντιδράσεις Friedel-Craft, χλωρομεθυλίωσης και βρωμομεθυλίωσης πολυστυρενίου. Υδροφορμυλίωση, υδροκαρβοξυλίωση, οξείδωση και εποξείδωση πολυδιενίων.

Βιβλιογραφία:

1) Μ. Πιτσικάλης, Σημειώσεις μαθήματος «Καταλυτικές Αντιδράσεις Σύνθεσης και Τροποποίησης Πολυμερών», ΠΜΣ «Κατάλυση και Εφαρμογές της στη Βιομηχανία», Τμήμα Χημείας, Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών, Αθήνα 2021 (95 σελίδες).

2) Α. Ντόντος, “Συνθετικά μακρομόρια. Βασική θεώρηση”, Εκδόσεις Κωσταράκης, Αθήνα, 2006.

3) Κ. Παναγιώτου, “Επιστήμη και τεχνολογία πολυμερών”, Εκδόσεις Πήγασος, Θεσσαλονίκη, 2006.

4) P.C. Hiemenz, T.P. Lodge, “Χημεία πολυμερών” Πανεπιστημιακές εκδόσεις Κρήτης, 2014.

5) W. Kuran, “Principles of Coordination Polymerization” Wiley, 2001

6) G.M. Benedikt, Editor, “Metallocene Technology in Commercial Applications” Plastics Design Library, 1999.

7) R.H. Crabtree, “The Organometallic Chemistry of the Transition Metals” Wiley, 2005.

8) U. Hanefeld, L. Lefferts (Editors), “Catalysis: An Integrated Textbook for Students” Netherlands Institute for Catalysis Research (NIOK), Wiley-VCH, Weinheim, 2018.

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΗΣ ΚΑΤΑΛΥΣΗΣ ΣΤΑ ΒΙΟΔΙΥΛΙΣΤΗΡΙΑ

Διδάσκοντες: Γεώργιος Παπαδογιαννάκης

Ηλεκτρονική σελίδα μαθήματος: https://eclass.uoa.gr/courses/CHEM280/

Περιεχόμενο Μαθήματος: Ορισμός και τύποι βιοδιυλιστηρίων (biorefineries). Σύγκριση των βιοδιυλιστηρίων με τα διυλιστήρια πετρελαίου. Σημασία των βιοδιυλιστηρίων στην προστασία του περιβάλλοντος, στην αποδέσμευση από συμβατικές ορυκτές πρώτες ύλες, στην Πράσινη – Βιώσιμη ανάπτυξη και στην αντιμετώπιση της κλιματικής αλλαγής. Ανανεώσιμη βιομάζα, φυτικά έλαια, άμυλο/υδατάνθρακες, λιγνοκυτταρίνη (κυτταρίνη, ημικυτταρίνη, λιγνίνη). Πλεονεκτήματα των βιοκαυσίμων σε σχέση με τα συμβατικά ορυκτά καύσιμα. Βιομηχανική παραγωγή βιοντίζελ 1ης γενιάς από μετεστεροποίηση φυτικών ελαίων. Ευρωπαϊκά και ASTM πρότυπα για το βιοντίζελ 1ης γενιάς. Υδρογονοεπεξεργασία φυτικών ελαίων προς αλκάνια για τη βιομηχανική παραγωγή βιοντίζελ 2ης γενιάς. Βιομηχανική παραγωγή του βιοκαυσίμου 1ης γενιάς βιοαιθανόλη από υδατάνθρακες και άμυλο. Παραγωγή αιθυλενίου από αφυδάτωση βιοαιθανόλης. Παραγωγή αιθυλο-t-βουτυλοαιθέρα ETBE (ethyl t-butylether). Παραγωγή βιοκαυσίμων 2ης γενιάς από λιγνοκυτταρίνη. Αεριοποίηση λιγνοκυτταρίνης προς αέριο σύνθεσης: παραγωγή βιομεθανόλης, παραγωγή βενζίνης από βιομεθανόλη με τη διεργασία MTG (Methanol To Gasoline), παραγωγή υγρών βιοκαυσίμων BTL (Biomass To Liquids) από αέριο σύνθεσης με την πορεία Fischer-Tropsch, παραγωγή βιοκαυσίμων από βιοκαταλυτική ζύμωση αερίου σύνθεσης, βιώσιμες πορείες για την παραγωγή βιο-υδρογόνου, καταλυτική αναμόρφωση στην υδατική φάση, παραγωγή μεθυλο-t-βουτυλοαιθέρα MTBE (methyl t-butylether), παραγωγή ολεφινών από βιομεθανόλη με τη διεργασία MTO (Methanol To Olefins), παραγωγή προπυλενίου από βιομεθανόλη με τη διεργασία MTP (Methanol To Propene). Παραγωγή ισοβουτενίου με βιοκαταλυτική ζύμωση υδατανθράκων σε υδατικό περιβάλλον. Πυρόλυση λιγνοκυτταρίνης για την παραγωγή βιο-ελαίου (bio-oil). Υδροθερμική υγροποίηση βιομάζας σε υπο- και υπερ-κρίσιμο υδατικό περιβάλλον. Καταλυτική υδρόλυση κυτταρίνης και ημικυτταρίνης προς C₆- και C₅- υδατάνθρακες και παραγωγή των σπουδαιότερων χημικών ενώσεων πλατφόρμας (platform chemicals) σύμφωνα και με την επικαιροποιημένη αξιολόγηση του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ, DOE (US Department of Energy). Διαφορετικές καταλυτικές μετατροπές για την αξιοποίηση των χημικών ενώσεων πλατφόρμας όπως είναι η παραγωγή βιοκαυσίμων προηγμένης τεχνολογίας (advanced biofuels), βιο-βασιζόμενων εναλλακτικών χημικών προϊόντων υψηλής προστιθέμενης αξίας και υλικών. Βαλερικά βιοκαύσιμα και καύσιμες ύλες της P-σειράς. Νέες καταλυτικές πορείες παραγωγής ολεφινών χαμηλού μοριακού βάρους από τη βιομάζα και τα παράγωγά της. Υδρογόνωση εδώδιμων φυτικών ελαίων χωρίς trans-λίπη. Υδρογονόλυση λιπαρών μεθυλεστέρων προς τις αντίστοιχες λιπαρές αλκοόλες. Παραγωγή βιοκαυσίμων 3ης και 4ης γενιάς. Τα τρία πρώτα παραδείγματα μετατροπής διυλιστηρίων πετρελαίου σε βιοδιυλιστήρια.

Βιβλιογραφία:

1) Γ.Κ. Παπαδογιαννάκης, Σημειώσεις μαθήματος «Εφαρμογές της Κατάλυσης στα Βιοδιυλιστήρια», ΠΜΣ «Κατάλυση και Εφαρμογές της στη Βιομηχανία», Τμήμα Χημείας, Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών, Αθήνα 2021 (224 σελίδες).

2) G. Papadogianakis, R.A. Sheldon, Y. Wu, D.Yu. Murzin (Guest Editors), “Aqueous-phase Catalytic Conversions of Renewable Feedstocks for Sustainable Biorefineries”, Frontiers in Chemistry, E-Book with 15 articles (2020) pp. 1-210, ISBN 978-2-88966-447-4.

3) G. Centi, R.A. van Santen (Editors), “Catalysis for Renewables: From Feedstock to Energy Production”, Wiley-VCH, Weinheim, 2007.

4) P. Mäki-Arvela, B. Holmbom, T. Salmi, D.Yu. Murzin, “Recent progress in synthesis of fine and specialty chemicals from wood and other biomass by heterogeneous catalytic processes”, Catal. Rev. 49 (2007) 197-340.

5) P. Lanzafame, G. Centi, S. Perathoner, “Evolving Scenarios for Biorefineries and the Impact on Catalysis”, Catal. Today 234 (2014) 2-12.

6) P.R. Stuart, M.M. El-Halwagi (Editors), “Integrated Biorefineries: Design, Analysis, and Optimization“, CRC Press, Boca Raton, 2013.

7) M. Aresta, A. Dibenedetto, F. Dumeignil (Editors), “Biorefinery: From Biomass to Chemicals and Fuels: Towards Circular Economy”, 2nd Ed., Walter de Gruyter, Berlin, 2021.

8) B. Kamm, P.R. Gruber, M. Kamm (Editors), “Biorefineries-Industrial Processes and Products: Status Quo and Future Directions”, Wiley-VCH, Weinheim, 2010.

9) A. Pandey, R. Höfer, M. Taherzadeh, M. Nampoothiri, Ch. Larroche (Editors), “Industrial Biorefineries & White Biotechnology”, Elsevier, Amsterdam, 2015.

10) K. Triantafyllidis, A. Lappas, M. Stöcker (Editors), “The Role of Catalysis for the Sustainable Production of Bio-fuels and Bio-chemicals”, Elsevier, Amsterdam, 2013.

11) F. Frusteri, D. Aranda, G. Bonura (Editors), “Sustainable Catalysis for Biorefineries”, 1^st edition, Royal Society of Chemistry, 2018.

12) P. Sudarsanam, H. Li (Editors), “Advanced Catalysis for Drop-in Chemicals”, Elsevier, 2021.

ΕΙΔΙΚΑ ΚΕΦΑΛΑΙΑ ΤΗΣ ΚΑΤΑΛΥΣΗΣ ΣΤΗΝ ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΣΥΝΘΕΣΗ

Διδάσκοντες: Χριστόφορος Κόκοτος, Γεώργιος Βουγιουκαλάκης

Ηλεκτρονική σελίδα μαθήματος: https://eclass.uoa.gr/courses/CHEM321/

Περιεχόμενο Μαθήματος: Βασικές αρχές δραστικότητας των οργανομεταλλικών καταλυτών με εφαρμογές στην Οργανική Σύνθεση - Ολεφινική μετάθεση και εφαρμογές στην Οργανική Χημεία και τη Σύνθεση Πολυμερών - Αντιδράσεις σύζευξης Buchwald-Hartwig, Heck, Sonogashira, Stille, Suzuki και Tsuji-Trost και εφαρμογές στην Οργανική Σύνθεση. Οργανοκατάλυση: Ορισμός - Ιστορικές αναφορές - Ενεργοποίηση εναμίνης - Ενεργοποίηση ιόντος ιμινίου - Ενεργοποίηση δεσμών υδρογόνου - Οργανοκατάλυση και Καταλύτες Μεταφοράς Φάσης - Εφαρμογές στη Χημική Βιομηχανία - Κατάλυση μέσω καρβενίων – Συνδυασμός μεθόδων ενεργοποίησης και εφαρμογές στη Χημική Βιομηχανία.

Βιβλιογραφία:

1) B. Cornils, W.A. Herrmann, M. Beller, R. Paciello, (Editors), “Applied Homogeneous Catalysis with Organometallic Compounds: A Comprehensive Handbook in Four Volumes”, 3rd Ed., Wiley-VCH, Weinheim, 2018.

2) R.H. Crabtree, “The Organometallic Chemistry of the Transition Metals”, Wiley-InterScience: Hoboken, New Jersey, USA, 2005.

3) R. H. Grubbs, “Handbook of Metathesis”, Wiley-VCH, Weinheim, Germany, 2003.

4) E-i. Negishi, “Handbook of Organopalladium Chemistry for Organic Synthesis”, Wiley-VCH, New York, New York, USA, 2002.

5) J.J. Li, “Name Reactions: A Collection of Detailed Reaction Mechanisms”, Springer-Verlag, Berlin, Germany, 2006.

6) M. Beller, C. Bolm, “Transition Metals for Organic Synthesis”, Wiley-VCH, Weinheim, Germany, 2004.

7) J. Tsuji, “Transition Metal Reagents and Catalysts: Innovations in Organic Synthesis”, John Wiley & Sons, Chichester, UK, 2000.

8) J. Clayden, N. Greeves, S. Warren, «Οργανική Χημεία», Τόμος Ι, 1^η έκδοση, Μετάφραση, Utopia Publishing, Αθήνα, 2016.

9) J. Clayden, N. Greeves, S. Warren, «Οργανική Χημεία», Τόμος ΙΙ, 1^η έκδοση, Μετάφραση, Utopia Publishing, Αθήνα, 2018.

10) Χ. Κόκοτος, “Επώνυμες Αντιδράσεις στην Οργανική Χημεία” 2008. Σημειώσεις (78 σελίδες).

11) Χ. Κόκοτος, “Προχωρημένη Οργανική Χημεία: Οργανοκατάλυση”, 2014. Σημειώσεις (84 σελίδες).

12) Γ.Χ. Βουγιουκαλάκης, «Οι Οργανομεταλλικοί Καταλύτες των Μετάλλων Μετάπτωσης στην Οργανική Σύνθεση» 2010. Σημειώσεις (121 Σελίδες).