二層水酸化物の新規ナノ触媒の合成、物性、応用

Scientific Reports volume 13、記事番号: 1627 (2023) この記事を引用

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新しい不均一ナノ触媒 LDH@3-クロロピルトリメトキシシラン@1,3-ベンゼンジスルホニルアミン@Cu (LDH@TRMS@BDSA@Cu) が合成され、フーリエ変換赤外分光法、電界放射型走査型電子顕微鏡、エネルギー散乱 X 線分析などの分析によって確認されました。線分光法 (EDX)、元素マッピング、X 線回折分析、熱重力/熱誘導体化 (TGA)、示差走査熱量測定。 新しく合成されたナノ触媒は、無溶媒条件下で異なるアリールアルデヒド、マロノニトリル、異なるアセトフェノン、酢酸アンモニウム間の反応を効果的に触媒し、それらは高効率で2-アミノ-3-シアノピリジン誘導体に変換された。 この反応は、単純性、高い安定性、環境に優しい、優れた効率、短い時間などの利点を示しました。 また、この触媒はリサイクル可能であり、触媒力を大幅に損なうことなく 4 回リサイクルされました。

近年、二次元ナノ材料が広く研究され、不均一固体触媒、電極、吸着剤、金属硫黄電池などの構築のための魅力的な候補として使用されています1、2、3。 二重層水酸化物は 10 年以上前から知られており、自然界に豊富に存在し、簡単に抽出でき、一般式 [M2+ (1-x) Mx3+(OH)2 は次のようなアニオンおよびカチオン交換可能な層状構造の大きなクラスを表します。 ](An-)x/n.zH2O]。 2 価および 3 価の形で使用される金属カチオンは、Mn2+、Fe2+、Mg2+、Co2+、Zn2+、Ca2+ および Mn3+、Fe3+、Co3+、Cr3+、Al3+ であり、よく使用されるアニオンには炭酸塩、臭化物、塩化物、または硝酸塩が含まれます 4、5、6。 。 LDH の合成にはさまざまな方法がありますが、その中にはイオン交換法、水熱法、共沈法などが挙げられます。 LDH は中性の材料であり、アニオンの中間部分と層自体が正電荷を持っています。合成が容易であり、水酸化物層を置換および修飾できるため、さまざまな分野で多くの用途があり、多くの注目を集めています。吸着剤 7、触媒ベース 8、9、陰イオン交換体、水の電気分解 10、エネルギー貯蔵 11、12、センサーなどの研究者からの情報。 二層水酸化物などの不均一触媒を簡単に分離できるため、触媒回収の簡単かつ迅速なルートが提供され、触媒回収はグリーンケミストリーと経済の両方で有効です。 広いバンドギャップによる高い光透過性、異常な反磁性挙動による高い導電性、広帯域スリットなどのヨウ化銅のユニークな特性と興味深い物理的特性により、低温での合成が多くの研究で研究されてきました13、14、15。 ヨウ化銅は、合成中の温度変化により 3 つの異なる相 α、β、γ で結晶化します。407 °C を超える温度では立方晶アルファ相、369 °C を超える温度では六方晶ベータ相、低温では立方晶アルファ相になります。結晶性の高いヨウ化銅は立方晶ガンマ相であり、銅イオンの周囲をヨウ化物イオンが四面体状に取り囲んだ半導体の一種です。 このナノ銅の用途としては、ダイオード、太陽電池、半導体パターン、有機触媒などが挙げられる16。

ピリジンなどの複素環化合物を合成するための有用な戦略は、少なくとも 3 つの成分を含む多成分反応で、すべての出発物質が含まれた生成物を生成することです。これは、グリーンケミストリーの観点から費用対効果が高くなります 17, 18。抗菌、抗けいれん、抗マラリア、抗酸化、抗糖尿病薬、抗炎症、鎮痛、抗癌、抗腫瘍、肝臓保護、抗アテローム性動脈硬化、抗真菌、抗肝作用などの独特の生物学的および薬学的特性に優れています。 -害虫特性は複素環化合物の中で最も注目を集めています。 2-アミノ-3-シアノピリジン骨格を含む化合物は、その生物学的活性により、医療分野で有用な治療前駆体として使用されています19、20、21。 その合成については様々な合成法が報告されており、酢酸アンモニウム、マロノニトリル、アセトフェノン、アルデヒド類の多成分反応が最も重要な合成経路となっている。 硫酸ホウ酸ナノ触媒 21、HBF422、マイクロ波容易性 23、Amberlyst-1524、サリチル酸 4、MNPs CoFe2O4@SiO2-SO3H25、ナノ固体磁性酸、Fe3O426、Fe3O4@g- を含む、さまざまな触媒による広範な多成分合成が報告されています。 C3N4-SO3H27、Fe3O4@SiO2@(CH2)3NH28、(CH2)2O2P(OH)229、ポリ N,N-ジメチルアニリン-ホルムアルデヒド 30、木炭上の銅ナノ粒子 31、Fe3O4@ナイアシン 32、Bu4N+Br-18、Cu@imineZCMNPs17。 しかし、より単純で穏やかな合成方法は依然として価値があります。 しかし、より単純で穏やかな合成方法は依然として価値があります。 言及された点によると、研究の目的は、シアノピリジンの新しい誘導体を合成するための、グリーンケミストリー、触媒の回収および再利用に基づく迅速かつ簡単な方法を開発することである。 今回、我々は、LDH 上に 1,3-ベンゼンジスルホニルアミド (BDSA) 配位子を配置し、ヨウ化銅ナノ粒子を固定化するユニークな触媒 (LDH@TRMS@BDSA@Cu) を、新しく効率的なナノ触媒として作製することに成功しました。 4 成分 2-アミノ-3-シアノピリジンのワンポット合成では、溶媒を使用せずに穏やかな条件で、異なるアリールアルデヒド 1、マロノニトリル 2、異なるアセトフェノン 3、および酢酸アンモニウム 4 の間の反応が使用されました (補足ファイル 1)。