بخشی از مقاله
چکیده
دراین مقاله کمپلکس کبالت مشتق شده از اپی کلرو هیدرین تثبیت شده بر بستر مغناطیسی نانو فیبر سلولز به عنوان کاتالیزوری پایدار، دوست دار محیط زیست و مغناطیس تهیه شد. در تهیه ی این کاتالیزور ابتدا نانو ذرات مغناطیسی Fe3O4 پوشیده شده با نانوفیبر سلولز، با روش همرسوبی با استفاده از یونهایFe2+ وFe3+ در محلول آبی حاوی نانوفیبر سلولز تهیه شدند.
نانو ذرات مذکور با اپی کلروهیدرین عامل دار شده و با لیگاندهای -NH به فلز متصل شدند. شناسایی این نانو کاتالیزور به وسیله تکنیکهای FT-IR، ICP-OES ، SEM ، TEM و TGA انجام شد. سنتز کینولین ها با استفاده از مقادیر کم کاتالیزوری تحت شرایط بدون حلال انجام شد. کاتالیزور برای 5 بار قابل بازیافت می باشد در حالی که عملکرد آن بدون تغییر می باشد و به وسیله یک آهنربای خارجی از محیط واکنش جدا می شود.
-1 مقدمه
با رشد صنایع استفاده از کاتالیست های مؤثرتر در صنایع شیمیایی، کاهش آلودگی محیط زیست و صرفه جویی در هزینه تولید، اهمیت روزافزون یافته است.[1] نانو کاتالیست ترکیبی از دو زمینه رشد یافته کاتالیزوری و فناوری جدید نانو است.[2] برای صرفهجویی اقتصادی و استفاده بهینه از نانو کاتالیستمعمولاً، آن را به صورت کامپوزیت میسازند و سطح آن را مورد اصلاح شیمیایی قرار میدهند.
تحقیقات در حوزهی نانو کاتالیست، همواره یکی از بحثهای جذاب در نانو شیمی و شیمی سبز بوده است. شیمی سبز به واکنشهای شیمیایی سالم با محصولات بیخطر و با حداکثر بازده - حداقل مصرف ماده و انرژی - میپردازد و نانو کاتالیزور میتواند ما را بهسوی این آرمان سوق دهد
ابعاد نانو، شرایطی مناسبی برای علم کاتالیزور مهیا کرده است. سطوح فعال و گزینش پذیری بالا در نانو کاتالیست ها باعث افزایش سرعت و بازده واکنش میشود. نانو کاتالیست مزایای کاتالیست همگن - سطوح فعال - و ناهمگن - قابلیت جداسازی - را در خود جمع کرده است. ساختارهای نانو کاتالیستی بسیار متنوع هستند؛ بنابراین جداسازی و تغییر در عملکرد آنها توسط اصلاح شیمیایی آسان است. از بین نانو مواد سنتز شده، سنتز نانو ذراتی که خاصیت مغناطیسی داشته باشند بسیار مورد توجه قرارگرفته است.
اخیراً نانو ذرات مغناطیسی بهعنوان سطوح تثبیتکننده کاتالیست های همگن توجه بسیاری از شیمیدانان آلی را به خود جلب کرده است. ماهیت مغناطیسی این نانو ذرات روشی ساده را برای بازیافت کاتالیست از طریق اعمال یک میدان مغناطیسی مناسب توسط آهنربای خارجی ارائه میکند. این روش جداسازی در مقایسه با روشهای سانتروفیوژ و صاف کردن، نیاز به زمان و انرژی زیادی ندارد و از هدر رفتن کاتالیست در حین فرآیند جداسازی جلوگیری میکند بهعلاوه، این روش بازیافت باعث افزایش خلوص محصولات شده و هزینهها را کاهش میدهد
نانو ذرات مغناطیسی به دلیل سطح ویژه بزرگی که دارند در برابر اکسیداسیون و انباشتگی بسیار حساس و همچنین ازلحاظ شیمیایی بسیار واکنشپذیر هستند. در دما و فشار معمولی، سطح نانو ذرات بهسرعت اکسید شده و درنتیجه لایهای نازک از اکسید بر روی آنها تشکیل میشود که بهشدت خواص آنها را تغییر میدهد.
انباشتگی طبیعی نانو ذرات مشکل دیگری است که کاربرد گسترده نانو ذرات مغناطیسی را با محدودیت مواجه میکند.[15-13] بدین منظور تثبیتکنندههای مختلفی در طول فرآیند سنتز و یا بعد از آن برای اصلاح سطح نانوذرات مغناطیسی به کار گرفته میشوند. لازمهی این امر، اصلاح سطح نانوذرات با عواملی است که دربردارندهی گروههای انتهایی مناسب جهت ایجاد اتصال باشند که تثبیتکنندههای آلی با ارائهی مجموعه متنوعی از گروههای انتهایی از قبیل هیدروکسیلها، کربوکسیلها و آمینها، گزینههای مناسبی برای این منظور به حساب میآیند.
سلولز مهمترین و فراوانترین پلیمر زیستی است که در طبیعت وجود دارد و سالانه میلیاردها تن از آن طی فرایند فتوسنتز ساخته میشود و دارای قابلیت خودآرایی در مقیاس میکرو تا نانومتر است.
در دهه اخیر نانوفیبرسلولز به دلایل زیست سازگاری، زیست تخریب پذیری، تجدید شوندگی، مقاومت های مکانیکی بالا، خواص ممانعتی بالا، خواص نوری مطلوب، فراوانی، ارزانی و سمیت پایین ماده اولیه آن مورد توجه محققان قرار گرفته است
کینولین ها سیستمهای هتروسیکلی مهمی هستند که سازنده ساختار بسیاری از محصولات با خواص دارویی جالب ازجمله: ضد مالاریا، ضد باکتری، ضد آسم، ضد فشار خون و ضد التهاب است. در میان روشهای مختلف سنتز کینولین ها، روش فریدلندر روشی مفید و متنوع برای ساخت مستقیم حلقه کینولین ها است
استفاده از نانو کاتالیزورهای سنتزی مبتنی بر کمپلکس کبالت مشتق شده از اپی کلروهیدرین تثبیتشده بر نانو ذرات مغناطیسی پوشش داده شده با نانوفیبرسلولز منجر به بهبود روشهای جداسازی و بازیافت این کاتالیزورها شده و استفاده آنها را از نظر اقتصادی وصنعتی مقرون به صرفه می نماید. در این پروژه با در نظر گرفتن اصول شیمی سبز، نانو کاتالیزور هتروژن جدید - Fe3O4@NFC/E-DETA-CoII - سازگار با محیط زیست سنتز شد و کارایی ان در واکنش های سنتزی مشتقات کینولین به عنوان ترکیبی ارزشمند در صنایع دارویی و شیمیایی مورد بررسی قرار گرفت.
-2 بخش تجربی
-1-2 دستگاه و مواد آزمایشگاهی
-1-1-2 دستگاه ها و مواد
تمامی مواد شیمیایی مورد استفاده در این پروژه از تولیدات شرکت مرک، فلوکا و سیگما آلدریچ بودند و بدون خالصسازی بیشتر مورد استفاده قرار گرفتهاند. نانوفیبر سلولز از شرکت نانونوین پلیمرایران تهیه شده است.
پیشرفت واکنش بوسیله TLC با استفاده از سیلیکاژل Plates 252 کنترل شد.
طیف سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز - FT-IR - ، توسط دستگاه Nicolet 800 با استفاده از قرص KBr در ناحیه IR
میانی به دست آمده است. آنالیز وزن سنجی حرارتی - TGA - ، توسط دستگاه Shimadzu-50 با سل پلاتین، شیب
10 &/PLQ و در گستره دمایی 25-800 سانتیگراد انجام گردید.
دستگاه ICP-OES مدل VISTA-PRO از شرکت Varian ساخت کشور استرالیا، دستگاه میکروسکوپ الکترونی عبوری - TEM - مدل CM30 از شرکت Phillips و دستگاه میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - مدل S4160 ساخت کشور ژاپن می باشد. ایزوترم های مغناطیسی در دمای اتاق با استفاده از دستگاه مغناطیسسنج نمونه مرتعش VSM مدلLake Shore 7404 به دست آمد. دستگاه اولتراسونیک مدل LBS 2 از شرکت FALK ایتالیا می باشد.
