بخشی از مقاله
چکیده:
در این گزارش برای اولین بار نانوذرات نقره بر روی نانوذرات نشاسته عاملدار شده با سیلیکا تثبیتشده و ترکیب حاصل پس از شناسایی با تکنیکهای مختلف از جمله میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی - FE- SEM - ، آنالیز طیف سنجی مادونقرمز تبدیل فوریه - FT-IR - بعنوان یک کاتالیزگر هتروژن مؤثر در واکنش بین مشتقات الکل ، آلدهید و آمین برای ساخت کینولین ها بکار گرفته شد. با استفاده از این کاتالیزگر انواع مشتقات آلدهیدی و آمینی آروماتیک به خوبی در واکنش شرکت کرده و کینولین ها در راندمانهای بسیار خوب تا عالی بدست آمدند.
واژگان کلیدی فارسی : نانو کاتالیزگر ، نقره ، کینولین ، سیلیکا
1 مقدمه
امروزه انجام بسیاری از واکنشهای شیمیایی برای رسیدن به بازده بالاتر و صرف انرژی کمتر و بهینه سازی در استفاده از مواد ، احتیاج به عاملی دارند که این مهم را مقدور سازد. به همین دلیل استفاده از کاتالیزگر مرسوم شده است. یک کاتالیزگر خوب باید دارای ویژگیهایی مانند: فعالیت و بازده بالا، گزینش پذیری، قابلیت جداسازی و بازیابی از مخلوط واکنش، امکان استفاده مجدد ، مصرف انرژی کمتر و پایداری بالاتر را داشته باشد.[ 1 ]عملکرد کاتالیزگر با عواملی مانند ساختار، توزیع فضایی و الکترونی ،ترکیب سطح و پایداری گرمایی و شیمیایی تعیین می-شود.کاتالیزگرها به چند صورت همگن - هم فاز با مواد واکنشگر - ، نا همگن - نا همفاز با مواد واکنشگر - و بین فازی - دارای خواص هر دو نوع کاتالیزگر همگن و نا همگن - ساخته و مورد استفاده قرار می گیرند .[2]
به دلیل اهمیت کاتالیزگرها ، تلاش برای بهبود کیفیت آنها و اقتصادی تر شدن با بهره گیری از علم نانو تکنولوژی آغاز شد. از توانایی خوبی که توسط این فناوری به دست آمده است میتوان به مواردی مانند بازده بالاتر ، صرفه اقتصادی بیشتر ، هدر رفت کمتر مواد شیمیایی، lصرف انرژی کمتر و ایمنی بیشتر اشاره کرد.از نکات دارای اهمیت در طراحی کاتالیزگرهای مناسب، استفاده از ماده ای است که در حد امکان هم برای سلامت انسان، و هم با توجه به محدودیت در منابع آبی و محیطی، برای محیط زیست هم بی خطر باشد. در این بین می توان به تعدادی از عناصر فلزات واسطه مانند نقره اشاره کرد که علاوه بر شیمی، در علوم دیگر مانند زیست شناسی و پزشکی نیز کار برد دارد .[3]
نقره به عنوان کاتالیست با نانوذرات پایه فلزی در دهه اخیر جذابیت بسیار زیادی پیدا کرده است چرا که دارای خواص بسیار منحصر به فردی است. از جمله این خواص می توان به واکنش پذیری بسیار خوب، گزینش پذیری، ثبات و بازیابی از محیط واکنش اشاره کرد. از کاربردهای دیگر نقره به عنوان کاتالیست می توان به مواردی چون: احیا ترکیبات نیترو آروماتیک، ترکیبات کربونیل وسایر ترکیبات کاهش پذیر، اکسیداسیون الکلها، سیلانها الیفینها ،آلکیناسیون آمینها،آرنها و واکنش حلقه افزایی اشاره نمود .[4]در میان ترکیبات حلقوی هتروآروماتیک، مشتقات کینولین چند استخلافی به عنوان واحدهای کلیدی در ساختار ترکیبات طبیعی و دارویی مورد توجه قرار گرفتهانو و روشهای سنتزی مختلفی برای تهیه آنها ارائه شده است .[5]
از کاربردهای کینولین ها می توان به تهیه موادی مانند : مواد ضد باکتری ، ضد قارچی ، ضد انگلی ، داروهای قلبی ، مواد ضد انعقاد ، مواد ضد التهاب و مواد ضد درد وفعالیتهای درد زدایی قابل استفاده است .فعالیتهای زیستی و دارویی دیگری نیز برای کینولین ها در حال بررسی و تحقیق است . 5 از جدید ترین کاربردهای استفاده از کینولین ها در ساخت دارو های ضد ایدز است . 6در این کار ابتدا روشی ساده و آسان بستر نانونشاسته اصلاحشده تهیه میشود. و سپس نقره - I - بر روی آن تثبیت میشود. پس از شناسایی ساختار ترکیب طبیعی ، ماده حاصل به عنوان کاتالیزگر موثر در واکنش تهیه کینولین چند استخلافی از واکنش مواد اولیه ساده و در دسترس آنیلین، آلدهید و الکل به کار برده میشود.
2 بخش تجربی
1؛2 مواد و دستگاههای استفاده شده
حلالها و سایر واکنشگرهای به کار رفته از شرکتهای تولیدکننده مواد شیمیایی مرک، فلوکا و مجللی خریداری شدهاند. پیشرفت واکنشها با استفاده از کروماتوگرافی لایه نازک - TLC - بر روی صفحه سیلیکاژل UV22 SIL 254 Polygrams پیگیری شد. طیفهای رزونانس مغناطیسی هسته هیدروژن و کربن-13 با استفاده از دستگاه Bruker 250MHz ثبت شدهاند. آنالیز میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی - FE- SEM - با دستگاه MIRA3TESCAN-XMU انجام شد. خالصسازی محصولها از مخلوط واکنش با ستون کروماتوگرافی سیلیکاژل 60 و تعیین نقطه ذوب با دستگاه Electerothemal انجام شدهاست.
2؛2 ساخت نانوکاتالیزگر نقره تثبیت شده بر روی نشاسته اصلاح شده با سیلیکا :
1 گرم نشاسته به 30 میلی لیتر آب مقطر اضافه شده و پس از 1 ساعت هم زدن در دمای 100 درجه سانتیگراد، 30 میلیلیتر اتانول خالص به صورت قطره قطره اضافه شد. بعد از سرد نمودن مخلوط، 30 میلی لیتر دیگر اتانول خالص قطره قطره به آن اضافه شد. برای جدا سازی، مخلوط حاصل سانتریفیوژ و رسوب حاصل در آون خشک شد.1 گرم نانو نشاسته ساخته شده از مرحله قبل به 50 میلی لیتر تولوئن خشک اضافه شده وبه مدت30 دقیقه تحت تابش امواج مافوق صوت قرار میگیرد. در ادامه 0/4 میلی مول -2 - -3]آمینو اتیل آمینو - پروپیل[ تریاتوکسی سیلان به مخلوط اضافه شده و با همزن مغناطیسی در دمای 100 درجه سانتیگراد به مدت 24 ساعت هم زده شد. سپس مخلوط با استفاده از کاغذ صافی جدا شده و پس از شستشو، در آون در دمای 60 درجه سانتیگراد خشک شد.در مرحله آخر، 1 گرم نشاسته عاملدار شده در 100 میلیلیتر اتانول مخلوط شده و محلول نقره نیترات حل شده در اتانول 0/09 - گرم در 10 میلیلیتر - به آن افزوده میشود. مخلوط حاصل به مدت 8 ساعت تحت جو آرگون روی همزن مغناطیسی قرار میگیرد. کاتالیزگر حاصل صاف شده و پس از شستشو با اتانول ، در آون خشک میشود.
3؛2 واکنش سنتز کینولین چند استخلافی در حضور نانوکاتالیزگر نقره بر پایه نشاسته اصلاح شده با سیلیکا
برای انجام واکنش ابتدا 0/5 میلیمول مشتق آمین و0/5 میلیمول آلدهید در بالن واکنش در حضور 2 میلیلیتر حلال تولوئن و به مدت 30 دقیقه توسط همزن مغناطیسی هم زده شد. سپس 0/75 میلیمول الکل و 0/025 میلیمول تری فلورواستیک اسید و 50 میلیگرم از کاتالیزگر به مخلوط اضافه شده و 12 ساعت بازروانی انجام میشود. بعد از اتمام واکنش 10 میلیلیتر آب و 10 میلی لیتر دیکلرومتان به مخلوط اضافه شده و محلول زیر صافی به قیف جداکننده منتقل میشود. و برای پس از استخراج و تبخیر حلال، خالصسازی محصول توسط کروماتوگرافی سیلیکاژل 60 با استفاده از حلالهای اتیلاستات و هگزان نرمال انجام شد.
3 نتایج و بحث
در ساخت نانوکاتالیزگر طراحی شده ابتدا نانونشاسته از نشاسته بالک تهیه و سپس اصلاح نانونشاسته حاصل با بسپارش -2 - -3]آمینو اتیل آمینو - پروپیل[ تریمتوکسی سیلان انجام می شود. پس از عاملدار کردن نشاسته در حضور گروه آمینیتثبیت نقره - I - انجام شد - شکل . - 1
