Synthèse et caractérisation du nanocatalyseur Cu2+/carbone mésoporeux pour les réactions d'amidation des alcools

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 10133 (2023) Citer cet article

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Dans cette recherche, du carbone mésoporeux (MC) à haute efficacité (rendement de 0,65 g à partir de 1,0 g de MCM-41 et 1,25 g de saccharose) a été préparé avec succès en ajoutant un précurseur de carbone (saccharose) en une seule étape avec des ondes ultrasonores, ce qui réduit le temps et l'énergie. coût. Ensuite, le nanocatalyseur Cu2+/carbone mésoporeux (Cu2+/MC) a été synthétisé en ajoutant du Cu(NO3)2 en une seule étape et appliqué comme catalyseur dans les réactions d’amidation des alcools. En outre, Cu2+/MC a été caractérisé à l'aide de différentes méthodes et techniques spectroscopiques, notamment la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FT-IR), la microscopie électronique à balayage par émission de champ (FE-SEM), l'analyse par adsorption de N2 (BET), l'analyse par diffraction des rayons X (DRX). ), Rayons X à dispersion d'énergie (EDX) et analyse thermogravimétrique (TGA). De plus, pour montrer les mérites catalytiques du Cu2+/MC, diverses amines primaires et secondaires et sels d'ammonium ont été appliqués dans l'amidation des alcools. Une méthode de synthèse facile, la recyclabilité, d'excellents rendements (80 à 93 %) et un traitement simple sont quelques-uns des atouts notables de l'utilisation de Cu2+/MC comme catalyseur dans cette réaction.

Les matériaux à base de carbone ont attiré beaucoup d’attention au cours des dernières décennies en raison de leurs propriétés physico-chimiques, morphologiques et structurelles uniques. En outre, ils sont utilisés dans divers domaines, notamment le stockage d’énergie, l’administration de médicaments, la détection, la photocatalyse et l’imagerie1,2,3. Parmi ces matériaux, les carbones mésoporeux fournissent des sites plus actifs et une surface spécifique plus grande en raison de leur porosité élevée, de leur structure poreuse, de leurs propriétés de surface adaptables et de leur stabilité chimique et thermique élevée4,5,6,7. Les carbones mésoporeux peuvent être synthétisés par deux méthodes, la méthode du modèle souple (arrangement d'assemblage organique-organique) et la méthode du modèle dur (remplit le modèle de silice mésoporeuse avec un précurseur de carbone), la méthode du modèle dur étant plus efficace et plus simple. Les silices mésoporeuses sont d’excellents candidats comme modèles solides et présentent une stabilité chimique et thermique élevée. MCM-41, MCM-48 et SBA-15 sont les modèles courants dans la méthode des modèles durs, qui comportent généralement deux étapes pour ajouter un précurseur de carbone afin de synthétiser des carbones mésoporeux8,9,10.

En raison de la porosité élevée des carbones mésoporeux, ils sont utilisés dans les matériaux d’électrodes, l’administration de médicaments, les batteries, les adsorbants, le stockage du potassium et les supports de catalyseurs11,12,13,14,15,16,17. Aujourd’hui, l’utilisation de catalyseurs hétérogènes est cruciale dans les réactions organiques en raison des principes de chimie verte et de recyclabilité. Cependant, certaines réactions organiques, telles que la synthèse de liaisons amide, présentent encore des défis, notamment l'utilisation de réactifs toxiques, un traitement fastidieux et un temps de réaction élevé18,19,20,21,22,23.

Il existe divers composés aminés dans la nature et dans notre corps. La liaison amide est le groupe fonctionnel clé dans de nombreux produits pharmaceutiques et industriels24,25. Les méthodes les plus courantes pour préparer des amides sont la réaction de chlorures d'acide, d'anhydrides d'acide, d'esters et d'acides carboxyliques avec des amines26,27. La libération d'un HCl équivalent, des réactions hautement exothermiques, de faibles rendements en amide et la formation de sous-produits sont les problèmes de ces réactions28,29. À cet égard, le développement de différentes méthodes de synthèse des liaisons amides est crucial en chimie organique. Au cours de la dernière décennie, les scientifiques ont essayé diverses méthodes pour synthétiser des composés aminés, telles que l'hydroamination d'alcynes, l'aminocarbonylation et l'amidation d'aldéhydes et d'acides carboxyliques. Malheureusement, ces méthodes présentent certains défauts, comme l'utilisation de métaux coûteux comme catalyseurs, une faible efficacité atomique, un temps de réaction élevé, de faibles rendements et la création de déchets qui indiquent la nécessité de recherches plus approfondies. Dernièrement, les liaisons amide peuvent être obtenues par l'amidation d'alcools, et grâce à cette méthode, les problèmes de synthèse de composés amides par d'autres méthodes ont été éliminés32,33,34,35. Dans cette recherche, basée sur les avantages des catalyseurs hétérogènes et l’importance des composés amides, nous avons synthétisé Cu2+/MC et appliqué comme catalyseur pour l’amidation des alcools (Fig. 1).