Новости

May 17, 2023

Никельзамещенные полиоксометаллаты в слоистых двойных гидроксидах металлов

Научные отчеты, том 13,

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 4114 (2023) Цитировать эту статью

940 Доступов

2 Альтметрика

Подробности о метриках

Три никельзамещенных полиоксометаллата типа Кеггина α-[SiW9O37{Ni(H2O)}3]-10 (обозначены как SiW9Ni3) были интеркалированы в слоистый двойной гидроксид на основе Zn3Al (Zn3Al-LDH) методом селективного ионного обмена. Синтезированный нанокомпозит SiW9Ni3@Zn3Al использовался в качестве гетерогенного нанореактора для ускорения синтеза скелетов малых молекул аминоимидазопиридина, подобных лекарственным препаратам, посредством хорошо известной реакции Грёбке-Блэкберна-Биенеме типа Уги (GBB 3-CRs) в отсутствие любой кислоты/добавки в мягких условиях и без растворителей. О синергическом каталитическом эффекте полиоксометаллата SiW9Ni3 и прекурсоров Zn3Al-LDH свидетельствует более высокое каталитическое свойство композита SiW9Ni3@Zn3Al по сравнению с отдельными компонентами по отдельности. Кислотность по Льюису/Бренстеду полиоксометаллата SiW9Ni3 и предшественников Zn3Al-LDH, по-видимому, важна для каталитических характеристик композита. Кроме того, каталитические характеристики SiW9Ni3@Zn3Al были также протестированы при синтезе аминоимидазотиазола GBB 3-CR в мягких условиях и без растворителей.

«Экологизация» глобальных химических процессов стала важной задачей химической промышленности1. Зеленая химия обеспечивает «зеленые» пути реакций не только за счет сокращения побочных продуктов, образующихся отходов, затрат на электроэнергию и потребления материалов, но также благодаря хорошим рекомендациям по выбору неопасных растворителей и «зеленых» катализаторов2. Кроме того, при разработке эффективных процедур зеленого синтеза подход без растворителей (SF) стал в центре внимания исследователей из-за его преимуществ перед классическим методом синтеза. Процедура SF снижает использование органических токсичных растворителей и летучих органических соединений (ЛОС) и сводит к минимуму образование других отходов3,4. С другой стороны, разработка различных подходов к гетерогенизации гомогенных катализаторов, минимизирующих расход материалов, таких как растворители, энергии и времени, может привести к значительным экономическим и экологическим выгодам. Таким образом, как с экологической, так и с экономической точки зрения, органические реакции в условиях отсутствия растворителей и восстанавливаемого катализатора в последние годы приобрели значительный интерес5.

Многокомпонентные реакции (МКР) с комбинаторными методами использовались как удобный подход к синтезу различных классов соединений6,7,8,9. Многокомпонентные реакции на основе изоцианидов (IMCR), такие как широко известные реакции Уги, Пассерини и Оукса-Явари-Наира (OYN)10, являются одной из ключевых реакций в этой области11. Благодаря противогрибковой и антибактериальной активности некоторых аминоимидазо[1,2-а]пиридинов эти небольшие лекарственные молекулы представляют собой важный класс фармацевтических соединений11. На сегодняшний день ряд кислот Льюиса и Бренстеда, таких как уксусная кислота, TsOH, Cell-SO3H, RuCl3, MOFs12, MgCl2, SnCl2, ZrCl4 и ZnCl2, были применены для синтеза аминоимидазопиридинов через GBB 3-CRs13. Учитывая, что некоторые из этих каталитических систем страдают от низких выходов, жестких условий реакции, длительного времени реакции, утомительной обработки, которые приводят к образованию большого количества токсичных отходов и одновременному возникновению нескольких побочных реакций14,15,16,17, 18,19,20,21,22. Впоследствии некоторые из них невозможно использовать по экономическим/экологическим соображениям. Соответственно, имеется достаточно места для развития новых синтетических методов как привлекательной цели.

Полиоксометаллаты (ПОМ) представляют собой большую группу неорганических анионных кластеров, которые в основном состоят из ранних переходных металлов (TM) с оксо-мостиками, таких как вольфрам, молибден, ванадий и т. д., в их высших степенях окисления23. Благодаря своей структурной универсальности и настраиваемым химическим и физическим свойствам, таким как окислительно-восстановительное поведение, кислотность по Льюису/Бренстеду, разнообразию молекулярных структур и высоким отрицательным зарядам, они применяются в широком спектре областей, включая катализ, медицину, материалы и окружающую среду24,25, 26,27. На сегодняшний день в качестве кислот и катализаторов окисления обычно применяется широкий спектр ПОМ, особенно кислоты Бренстеда. Однако их использование в качестве катализаторов на основе кислот Льюиса ограничено из-за заполнения d-орбиталей центров высоковалентных металлов поверхностными оксо-лигандами28,29. В этом случае для разработки ПОМ в качестве катализаторов их физические и химические свойства можно регулировать путем включения в их каркас переходных металлов, которые могут создавать каталитически активные центры в структуре ПОМ30,31. Однако проблема применения ПОМ заключается в необходимости преобразования растворимых ПОМ в твердые материалы из-за их относительно низкой площади поверхности (< 10 м2 г-1) и высокой растворимости в полярных растворителях32. Таким образом, гетерогенизация ПОМ делает их перспективными кандидатами в качестве нанокатализаторов для различных видов химических реакций и зеленой химии33,34. На основании предыдущих отчетов интеркаляция ПОМ в слоистые двойные гидроксиды (ЛДГ) является способом разработки гетерогенных катализаторов на основе гетерогенных ПОМ с уникальными свойствами. СДГ с общей формулой [M2+1-xM3+x(OH)2]x+(An-)x/n·yH2O представляют собой большой класс положительно заряженных бруситоподобных слоев, строительными блоками которых также являются катионы двухвалентных и трехвалентных металлов. в качестве обменных анионов, таких как Cl-, CO32-, NO3- между слоями.