Bentonite magnetica decorata con nanoparticelle di Pd e croce

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 2001 (2023) Citare questo articolo

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Questo studio riporta la preparazione di un nuovo tipo di supporto basato su bentonite magneticamente riciclabile funzionalizzata con divinilbenzene-polivinilpiridina (PVP-DVB) per nanocatalizzatore Pd (II) mediante un metodo semplice ed economico. In primo luogo, il metodo convenzionale di co-precipitazione ha sintetizzato nanoparticelle (NP) di Fe3O4 su fogli di bentonite. Quindi la superficie di supporto magnetico preparata è stata funzionalizzata mediante divinilbenzene-polivinilpiridina (PVP-DVB) per creare un polimero reticolato con un'elevata capacità di coordinazione con il palladio. Le unità ripetute di azoto nella catena polimerica PVP-DVB aumentano il numero di legami Pd e portano quindi a prestazioni più elevate del nanocatalizzatore. Infine, le NP di palladio sono state simultaneamente sintetizzate e immobilizzate in condizioni blande. Il nanocatalizzatore sintetizzato è stato caratterizzato da diversi metodi come la microscopia elettronica a scansione, la microscopia elettronica a trasmissione, la spettroscopia fotoelettronica a raggi X, la diffrazione di raggi X, la spettroscopia infrarossa a trasformata di Fourier, il magnetometro del campione vibrante, la spettrometria di massa al plasma accoppiato induttivamente e l'analisi termogravimetrica. L'efficienza del nanocatalizzatore eterogeneo sintetizzato è stata studiata nelle reazioni di accoppiamento incrociato Suzuki-Miyaura tra una gamma di alogenuri arilici (X = Cl, Br, I) con acido fenilboronico e nella riduzione del 4-nitrofenolo (4-NP). Inoltre, il nanocatalizzatore sintetizzato potrebbe essere facilmente recuperato e riutilizzato più volte con un’efficienza superiore al 90%.

Oggi, la reazione di accoppiamento Suzuki-Miyaura viene utilizzata come metodo organico moderno in presenza di nanoparticelle metalliche come Pd per la sintesi di composti biarilici, che vengono utilizzati nella produzione di molti farmaci, polimeri e prodotti naturali1,2. Uno dei motivi principali della popolarità delle reazioni Suzuki è la non tossicità dei materiali utilizzati e dei solventi rispettosi dell'ambiente3,4. Di conseguenza, negli ultimi anni, la progettazione e la sintesi di catalizzatori omogenei o eterogenei con caratteristiche uniche come riciclabilità e compatibilità con l'ambiente con la massima efficienza nell'aumentare la velocità di questa reazione sono state una delle principali preoccupazioni dell'industria5,6. Il palladio è noto come metallo costoso e come principale catalizzatore nelle reazioni di accoppiamento. Le nanoparticelle di Pd presentano molti vantaggi, tra cui il facile accesso agli elettroni dello strato D, proprietà quantistiche distinte e dimensioni sintonizzabili sono i più importanti, ma non vengono utilizzate come catalizzatore omogeneo perché una quantità significativa viene sprecata durante il processo di separazione, pertanto, per risolvere questo problema viene utilizzato come catalizzatore metallico eterogeneo su alcuni composti di supporto7,8,9. È molto importante scegliere supporti economici, disponibili e rispettosi dell’ambiente dal punto di vista della chimica verde. Inoltre, il supporto gioca un ruolo chiave nella preparazione di catalizzatori eterogenei perché le scarse prestazioni del catalizzatore o il suo mancato recupero possono essere una conseguenza della debole interazione del supporto con gli ioni metallici10. La bentonite è un tipo di argilla e un materiale minerale naturale e atossico che, con una superficie e una struttura ottimali, può costituire un adeguato supporto e allo stesso tempo un efficace adsorbente per mantenere sulla propria superficie polimeri e metalli di transizione.

D’altro canto, il rilascio indiscriminato di nitroaromatici nell’acqua come inquinanti emergenti ampiamente utilizzati dagli industriali è considerato una seria minaccia per l’ambiente e la salute umana. Il 4-NP come nitroaromatico provoca mal di testa, nausea, sonnolenza e cianosi negli esseri umani11,12. Pertanto, è stata sviluppata un'ampia gamma di metodi come adsorbimento superficiale, separazione tramite membrana, elettrocoagulazione e trattamento biologico per rimuovere 4-NP dall'acqua, ma la riduzione catalitica può essere definita il metodo più noto perché è economica e molto sicura . Le ammine ottenute durante questa riduzione sono preziose materie prime o intermedi nella produzione di farmaci, gomma, coloranti e antiossidanti13,14.