بخشی از مقاله
چکیده
در این کار، نانوذرات مغناطیسی عاملدار شده با کمپلکس وانادیوم تهیه شدند. نانو ساختارهای تهیه شده با طیف سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز - FT-IR - ، میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - ، طیف سنجی پلاسمای جفت شده القایی - ICP - و پراش اشعه ایکس - XRD - شناسایی شدند. این ترکیب به عنوان کاتالیزگر با فعالیت بالایی برای تهیه 2 -آمینو -4Hبنزو پیرانها از طریق واکنشهای تک ظرفی، سه جزئی، -1نفتول، مالونیتریل و آلدهیدهای مختلف عمل میکند. این روش مزایای قابل توجهی مانند زمان کوتاه واکنش، شرایط بدون حلال، بازده بالا محصول و جداسازی آسان دارد. همچنین، نانو کاتالیزگر مغناطیسی میتواند به آسانی با استفاده از یک میدان مغناطیسی خارجی بازیابی و استفاده مجدد برای حداقل 5 بار بدون کاهش قابل توجه در فعالیت کاتالیزی شود.
-1 مقدمه
امروزه از فناوری نانو به عنوان یک عامل تأثیر گذار بر علم و صنعت یاد میشود. در بین انواع نانوذرات، نانوذرات مغناطیسی به دلیل جداسازی آسان با یک میدان مغناطیسی خارجی و فعالیت بالای آنها برای استفاده در زمینههای گوناگون مانند ذخیره سازی اطلاعات، سنسورها و کاتالیزگرها کاربرد دارند.[1] کاتالیزگرها جز جدایی ناپذیر فرآیندهای شیمیایی میباشند. کاتالیزگر ها علاوه بر تسریع واکنش، میتوانند بر گزینشپذیری واکنشهای شیمیایی نیز تأثیر بگذارند. در بسیاری از موارد جداسازی کاتالیزگرهای همگن در پایان واکنش کار دشواری است. روشهای بازسازی و احیا کاتالیزگرهای ناهمگن برروی سطح نانو ذرات مغناطیسی یک حالت منحصر به فرد به مواد کاتالیزگر میدهد. زیرا ذرات در ابعاد نانو در سطح بزرگتری قرار میگیرند در نتیجه واکنش در سطح بزرگتری انجام میشود و فعالیت و انتخاب پذیری کاتالیزگر بالا میرود.
بعلاوه ترکیبات با خاصیت مغناطیسی قادر خواهند بود توسط میدان مغناطیسی براحتی از محیط واکنش جدا شوند.[2] یکی از مهمترین و پرکاربردترین نانوذرات مغناطیسی، نانوذرات اکسید آهن Fe3O4 میباشند. این ذرات به دلیل دارا بودن خواص متنوعی مانند پایداری شیمیایی، سمیت کم، خاصیت سوپر پارامغناطیسی، سطح تماس بالا، سازگاری با محیط زیست و قیمت پایین تا حد زیادی مورد توجه قرار گرفتهاند.[3] پوشش SiO2 روی نانوذرات مغناطیسی تلفیق شده با گروههای فعال همچون آلکوکسی سیلانها - مانند تترا اورتو اتوکسی سیلان و -3آمینو پروپیل تری اتوکسی سیلان - پایداری نانوذرات را تسهیل کرده و طراحی آنها را با چند گروه عاملی برای کاربردهای مختلف ممکن میسازد. این نانوذرات به راحتی میتوانند به صورت کنترل شده جابهجا و یا از محیط خارج شوند.
به همین علت کاربردهای فراوانی به عنوان پایه کاتالیزگر در سیستمهای الکتروکاتالیزی قابل کنترل دارند.[4] در این پروژه نانوذرات مغناطیسی Fe3O4 حساس شده با کمپلکس فلزی تهیه میشود. در ابتدا نانوذرات مگنتیت توسط پوشش سیلیکا اصلاح میشود. پس از اصلاح سطح نانوذرات با استفاده از سیلیکا ، نانوذرات با آمینو پروپیل تری اتوکسی سیلان - APTES - 1 عاملدار میشود و سپس نانوذرات عاملدار شده با VO - acac - 2 واکنش میدهند و یک کمپلکس متصل شده به بستر تهیه میشود. فعالیت کاتالیزی آن در یک واکنش سه جزیی سنتز -2 آمینو--4Hبنزوپیران [chromenes] مورد مطالعه قرار میگیرد. مشتقات کرومن یک دسته مهم از ترکیبات هتروسیکل میباشند که دارای فعالیت های مختلف دارویی و زیستی می باشند.
-2 مواد و روش تحقیق
-1-2 انتخاب مواد اولیه
تمام مواد استفاده شده در این پروژه متعلق به شرکت آلدریچ، فلوکا و مرک میباشد.
-2 -2 سنتز اکسید آهن
برای تهیه نانو ذرات مغناطیسی اکسید آهن، به یک بالن، مخلوط آهن کلراید - - III شش آبه - - FeCl3.6H2O 20 میلی مول - 5/41 گرم - و آهن کلرید - - II چهار آبه 10 - Fecl2.4H2O - میلی مول - 2/00 گرم - و 150 میلی لیتر آب یون زدایی شده اضافه شد. سپس 15 میلی لیتر محلول آبی آمونیوم هیدروکسید - %28 - ، تحت اتمسفر نیتروژن و در دمای 85 C به محلول واکنش اضافه و مخلوط واکنش به مدت 30 دقیقه تحت شرایط بازروانی قرار داده شد. ظهور رنگ سیاه نشاندهنده تشکیل نانو ذرات مغناطیسی Fe3O4 میباشد. نانوذرات تشکیل شده توسط یک آهنربای قوی جمعآوری و چندین مرتبه با آب مقطر شسته شد تا آمونیوم هیدروکسید از مخلوط واکنش خارج شود. سپس این نانوذرات در آون خلاء در دمای 60 C به مدت 6 ساعت قرار داده شدند تا خشک شوند.[5]
-3-2 تهیه Fe3O4@SiO2 - اصلاح سطح نانوذرات Fe3O4 با استفاده از سیلیکا -
طبق روش استوبر2 جهت اصلاح سطح نانوذرات Fe3O4 با SiO2 ، به مقدار 1 گرم از نانو ذرات اکسید آهن، 30 میلی لیتر اتانول مرک و 20 میلی لیتر آب دیونیزه اضافه شد. مخلوط فوق به مدت 1 ساعت تحت شرایط حمام آلتروسونیک قرار داده شد. بعد از آن، مقدار 2/4 میلی لیتر محلول آبی آمونیاک و سپس 2 میلی لیتر تترا اتیل اورتو سیلیکات - 3 - TEOS به مخلوط واکنش اضافه شد و مخلوط واکنش به مدت 3 ساعت در دمای اتاق بر روی همزن هم میخورد. بعد از آن، نانوذرات پوشش داده شده - Fe3O4@SiO2 - که رسوبی سیاه رنگ است توسط دکانته کردن با استفاده از یک آهنربا جمعآوری و چندین بار با اتانول و آب مقطر شسته شد و در آون در دمای 80œC به مدت 4 ساعت خشک شد.[6]
-4-2 تهیه آمیندار کردن نانوذرات Fe3O4@SiO2
به محلول0/5 گرم از Fe3O4@SiO2 در 30 میلیلیتر اتانول، برروی همزن مقدار 1/5 میلیلیتر -3 آمینوپروپیل تری اتوکسی سیلان - APTES - بصورت قطره قطره اضافه شد و مخلوط واکنش برای مدت 12 ساعت تحت شرایط بازروانی در دمای 75 درجه سانتی گراد تحت جو بی اثر نیتروژن قرار گرفت. سپس محصول حاصل با استفاده از یک آهنربا مغناطیسی دکانته و با اتانول و آب یون زدایی شده شسته شد و به مدت 4 ساعت در آون تحت دمای 80œC قرار داده شد تا خشک شود .[7] ماده حاصل به عنوان نانوذرات Fe3O4@SiO2@NH2 نشان داده شده است.
-5-2 تهیه کمپلکس اکسو وانادیوم - - IV تثبیت شده برروی Si-MNPs
به 0/3 گرم از رسوب قهوهای رنگ Fe3O4@SiO2@NH2 حاصل از مرحله - 4-2 - مقدار 7 مول از نمک اکسو وانادیوم در 30 میلیلیتر تولوئن خشک اضافه شد و مخلوط واکنش به مدت 5 دقیقه تحت شرایط آلتراسونیک قرار داده شد. سپس برای مدت 24 ساعت تحت شرایط بازروانی در دمای 110œC و جو بی اثر نیتروژن قرار داده شد. پس از پایان واکنش محصول حاصل توسط میدان مغناطیسی خارجی جدا و با اتانول و تولوئن خشک شسته شد و سپس در اتانول سوکسله شد رسوب باقی مانده به مدت 4 ساعت در آون در دمای 80œC قرار داده شد تا خشک شود، ماده حاصل به عنوان نانوذرات Fe3O4@SiO2@VO - IV - نشان داده شده است.[8]
-6-2 شرایط بهینه جهت تهیه -2آمینو--4Hبنزوپیران در مجاورت نانوکاتالیزگر Fe3O4@SiO2@VO - IV -
جهت بهینه سازی شرایط واکنش سنتز-2آمینو--4Hبنزوپیران باید متغیرهایی مانند: انتخاب کاتالیزگر مناسب، انتخاب مقدار مناسب کاتالیزگر، انتخاب دمای مناسب و انتخاب حلال مناسب مورد بررسی قرار گیرد. برای بهینه سازی واکنش سه جزئی سنتز -2آمینو--4Hبنزوپیران، واکنش -2کلرو بنزآلدهید و مالونیتریل و -1نفتول به عنوان واکنش استاندارد انتخاب شد.
