پژوهش های کاربردی مهندسی شیمی - پلیمر
فصلنامه علمی - پژوهشی

استفاده از نانو ذرات سوپرپارامغناطیسی عاملدار شده با تیواوره به عنوان کاتالیزور ناهمگن در واکنش پتاسیس- برونو- مانیخ

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان

طاهره ابراهیمی یزدان آباد 1
علی فرقانیها 1
مژگان امتیازجو 2
مجید رمضانی 1

1 دانشکده علوم، گروه شیمی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد اراک، اراک، ایران.

2 دانشکده علوم، گروه زیست شناسی دریا، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد تهران شمال، تهران، ایران.

چکیده
چکیده

موضوع تحقیق: در این مطالعه از نانو ذرات سوپرپارا مغناطیس عامل‌دار شده با تیواوره به عنوان کاتالیزور ناهمگن در انجام واکنش پتاسیس- برونو- مانیخ استفاده گردید.

روش تحقیق: در مرحله نخست این مطالعه نانو ذرات Fe3O4@SiO2 به عنوان نانوذرات کروی هسته-پوسته سنتز شدند به طوری که ذرات Fe3O4 به عنوان هسته در نظر گرفته شدند. در مرحله بعد، خصوصیات گروه‌های عاملی سطحی، ساختار بلوری، خواص مغناطیسی، اندازه و ظاهر سطحی نانوذرات و فرآیند عامل‌دار شدن ساختار به صورت لایه‌ای با استفاده از دستگاه طیف سنج مادون قرمز (FT-IR)، پراش پرتو ایکس (XRD)، مغناطیس سنج نمونه مرتعش (VSM)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، تجزیه حرارتی وزنی (TGA)، مورد بررسی، شناسایی و تجزیه و تحلیل قرار گرفتند. سپس برای ارزیابی کارایی ساختار، به عنوان کاتالیزور در واکنش پتاسیس-برونو-مانیخ به کار گرفته شد جهت بررسی ساختار محصولات از آنالیزهای طیف سنجی مادون قرمز (FT-IR) و طیف سنجی رزونانس مغناطیسی هسته هیدروژن (HNMR) استفاده گردید.

نتایج اصلی: نتایج نشان داد که پیک‌های ظاهر شده درcm-1 568 و cm-1 670 مربوط به پیوند آهن-اکسیژن، پیک‌ها در 1092 وcm-1 800-950 مربوط به پیوند سیلیسیم-اکسیژن می‌باشد که نشان‌دهنده تشکیل لایه سیلیسیم روی نانوذرات مغناطیسی و صحت محصولات واکنش می‌باشد. نتایج همچنین نشان داد که مقدار مغناطیس اشباع در حدود emu/g23 با افزایش لیگاند کمپلکس افزایش یافته است. آنالیز پراش پرتو ایکس پیک‌های شاخص(2θ= 21.25˚, 37.29˚, 43.73˚, 52.56˚, 65.09˚, 69.73˚, 76.81˚) نشان داد که برای اطمینان از تشکیل نانو ذرات مغناطیسی مورد نظر در فاز کریستالی استفاده شدند. نتایج آنالیز SEM ساختار نانوذرات را به شکل کروی نشان داد و آنالیز EDX وجود عناصر موجود در ساختار که شامل گوگرد بود را تایید نمود. همچنین شاخص تجزیه حرارتی وزنی، تقریبا 7٪ ضریب تجزیه را نشان داده است. اولین، دومین و سومین تجزیه به ترتیب 1٪ وزنی (60 درجه سانتیگراد)، 5٪ وزنی (200 تا 300 درجه سانتیگراد) و 1٪ وزنی (350 تا 700 درجه سانتیگراد) مشاهده شدند. بالاترین بازده به میزان 68 درصد با mg 40 کاتالیزور مربوط به استونیتریل بدست آمد. ساختار تیواوره نیز به شکل مناسب در یک نانوکاتالیزور مغناطیسی تثبیت گردید.

کلیدواژه‌ها

واکنش پتاسیس- برونو- مانیخ
ذرات Fe3O4
تیواوره
نانوذرات سوپرپارامغناطیسی
اورگانوکاتالیستها

موضوعات

عنوان مقاله English

Use of functionalized superparamagnetic nanoparticles with Thiourea as heterogeneous catalysts in Petasis-Borono Mannich reaction

نویسندگان English

Tahereh Ebrahimi Yazdanabdad 1
Ali Forghaniha 1
Mozhgan Emtyazjoo 2
Majid Ramezani 1
1 Department of Chemistry, Faculty of Sciences, Arak Branch, Islamic Azad University, Arak, Iran.
2 Department of Marine Biology, North Tehran Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran.
چکیده English

Research Subject: In this study, Thiourea-functionalized super-paramagnetic nanoparticles were used as a heterogeneous catalyst in the Petasis-Borono Mannich reaction.

Research approach: In the first stage of this study, Fe3O4@SiO2 nanoparticles were synthesized as spherical core-shell nanoparticles such that Fe3O4 particles were considered as the core. Then in the next step, the characteristics of surface functional groups, crystal structure, magnetic properties, size and surface appearance of nanoparticles and the process of functionalizing the structure in layers, using infrared spectroscopy (FT-IR), X-ray diffraction (XRD), vibrating sample magnetometer (VSM), scanning electron microscopy (SEM), thermogravimetric analysis (TGA) were examined, identified and analyzed. Then, to evaluate the efficiency of the structure, it was used as a catalyst in the Borono-Mannich reaction of potassium potash. Infrared spectroscopy (FT-IR) and hydrogen nuclear magnetic resonance spectroscopy (HNMR) were used to investigate the structure of the products.

Main results: The IR spectroscopy results showed that the peaks appearing in 568 cm-1 and 670 cm-1 were related to iron-oxygen bond, the peaks in 1092 and 800-950 cm-1 were related to silicon-oxygen bond, which indicates the formation of silicon layer on nanomagnetic particles and the validity of the reaction products. The results also showed that the amount of saturated magnetite in about 23 emu/g increased with increasing complex ligand. X-ray diffraction analysis showed that the index peaks of (2θ= 21.25˚, 37.29˚, 43.73˚, 52.56˚, 65.09˚, 69.73˚, 76.81˚) were realized and for certainty of the formation of the desired magnetic nanoparticles in crystalline phase were used. The results of SEM analysis showed the structure of nanoparticles in a spherical shape and EDX analysis confirmed the presence of elements in the structure which included sulfur. Also, the thermogravimetric analysis index showed approximately 7% decomposition coefficient. The first, second and third decomposition were observed 1% by weight (60°C), 5% by weight (200 to 300°C) and 1% by weight (350 to 700° C), respectively. The highest yield of 68% was measured with 40 mg catalyst in acetonitrile. The structure of thiourea was properly stabilized in a magnetic nanocatalyst.

کلیدواژه‌ها English

Petasis-Borono Mannich reaction
Fe3O4 particles
Thiourea
superparamagnetic nanoparticles
organocatalysts
[1] H. Pellissier, "Enantioselective titanium-promoted 1, 2-additions of carbon nucleophiles to carbonyl compounds". Tetrahedron. 71 (2015) 2487–2524.
[2] H.C. Malinakova , "Recent advances in the discovery and design of multicomponent reactions for the generation of small-molecule libraries". Rep Org Chem. 5 (2015) 75-90.
[3] E. Ruijter, R. Scheffelaar, R.V.A. Orru, "Multicomponent reaction design in the quest for molecular complexity and diversity". Angew Chemie Int. Ed. 50 (2011) 6234–6246.
[4] R.Y. Souza, G.A. Bataglion, D.A.C. Ferreira, C.C. Gatto, M.N. Eberlin, B.A.D. Neto, "Insights on the Petasis Borono–Mannich multicomponent reaction mechanism". RSC Adv. 5 (2015) 76337–76341.
[5] B. Kaboudin, A. Zangooei, F. Kazemi, T. Yokomatsu, "Catalyst-free Petasis-type reaction: Three-component decarboxylative coupling of boronic acids with proline and salicylaldehyde for the synthesis of alkylaminophenols". Tetrahedron Lett. 59 (2018) 1046-1049.
[6] B.N. Reddy, C.R. Rani, S.M. Reddy, M. Pathak, "An efficient and green La (OTf)3 catalyzed Petasis borono–Mannich reaction for the synthesis of tertiary amines". Res. Chem. Intermed. 42 (2016) 7533–7549.
[7] S.R.S. Reddy, B.R.P. Reddy, P.V.G. Reddy, "Chitosan: highly efficient, green, and reusable biopolymer catalyst for the synthesis of alkylaminophenols via Petasis borono–Mannich reaction" Tetrahedron Lett. 56 (2015) 4984–4989.
[8] Y. Wang, X. Song, J. Wang, "Recent approaches for asymmetric synthesis of α-amino acids via homologation of Ni(II) complexes". Springer Vienna. 49 (2017) 1487-1520.
[9] F. Liepouri, G. Bernasconi, N. A. Petasis, "Component-selective and stereocontrolled one-step three-component reaction among aldehydes, amines, and allenyl boronic acids or allenyl pinacolboronates". Org Lett. 17 (2015) 1628–1631.
[10] D. Naskar, S. Neogi, A. Roy, A.B. Mandal, "Novel Petasis boronic acid reactions with indoles: synthesis of indol-3-yl-aryl-acetic acids". Tetrahedron Lett. 49 (2008) 6762–6764.
[11] B.R.P. Reddy, P.V.G. Reddy, D.P. Kumar, B.N. Reddy, M. V Shankar, "Rapid synthesis of alkylaminophenols via the Petasis borono–Mannich reaction using protonated trititanate nanotubes as robust solid–acid catalysts". RSC Adv. 6 (2016) 14682–14691.
[12] P.F. Kaiser, Q.I. Churches, C.A. Hutton, "Organoboron Reagents in the preparation of functionalized α-amino acids". Aust. J. Chem. 60 (2007) 799–810.
[13] N.J. McLean, H. Tye, M. Whittaker, "Microwave assisted Petasis boronic-Mannich reactions". Tetrahedron Lett. 45 (2004) 993–995.
[14] H. Jourdan, G. Gouhier, L. Van Hijfte, P. Angibaud, S.R. Piettre, "On the use of boronates in the Petasis reaction". Tetrahedron Lett. 46 (2005) 8027–8031.
[15] Q. Wang, M. G. Finn, "2H-Chromenes from Salicylaldehydes by a Catalytic Petasis Reaction". Org. Lett. 25 (2000) 4063-4065.
[16] A.M. Kulkarni, K.S. Pandit, P.V. Chavan, U.V. Desai, P.P. Wadgaonkar, "Cobalt ferrite nanoparticles: a magnetically separable and reusable catalyst for Petasis-Borono–Mannich reaction". RSC Adv. 86 (2015) 70586–70594.
[17] J. Wang, P. Li, Q. Shen, G. Song, "Concise synthesis of aromatic tertiary amines via a double Petasis–borono Mannich reaction of aromatic amines, formaldehyde, and organoboronic acids". Tetrahedron Lett. 55 (2014) 3888–3891.
[18] R. Frauenlob, C. García, S. Butler, E. Bergin, "Copper activation of boronic acids: factors affecting reactivity". Appl. Organomet. Chem. 28 (2014) 432–435.
[19] Y. Li, M.-H. Xu, "Lewis acid promoted highly diastereoselective petasis borono-mannich reaction: efficient synthesis of optically active β,γ-unsaturated α-amino acids". Org. Lett. 14 (2012) 2062–2065.
[20] T. Beisel, G. Manolikakes, "A Lewis Acid Palladium (II)-Catalyzed Three-Component Synthesis of α-Substituted Amides". Org. Lett. 15 (2013) 6046–6049.
[21] S.R.S. Reddy, B.R.P. Reddy, P.V.G. Reddy, "Chitosan: highly efficient, green, and reusable biopolymer catalyst for the synthesis of alkylaminophenols via Petasis borono–Mannich reaction". Tetrahedron Lett. 56 (2015) 4984–4989.
[22] T. Rosholm, P.M.P. Gois, R. Franzen, N.R. Candeias, "Glycerol as an efficient medium for the Petasis Borono–Mannich Reaction". ChemistryOpen. 4 (2015) 39–46.
[23] B.R.P. Reddy, P.V.G. Reddy, D.P. Kumar, B.N. Reddy, M.V. Shankar, "Rapid synthesis of alkylaminophenols via the Petasis borono–Mannich reaction using protonated trititanate nanotubes as robust solid–acid catalysts". RSC Adv. 6 (2016) 14682–14691.
[24] T. Rosholm, P.M.P. Gois, R. Franzen, N.R. Candeias, "Glycerol as an efficient medium for the Petasis borono–Mannich reaction". ChemistryOpen, 4 (2015) 39–46.
[25] M. Esmarilpour, A.S. Larimi, M. Ghahreman Afshar, M. Faghihi, A.A. Asghari Nejad, "Functionalized Fe3O4@SiO2 magnetic nanosorbent for removal of divalent cadmium from aqueous solutions". Applied Research in Chemical - Polymer Engineering. 5 (2021) 95-106.
[26] Y.F. Zhang, L.G. Qiu, Y.P. Yuan, "Magnetic Fe3O4@C/Cu and Fe3O4@CuO core-shell composites constructed from MOF-based materials and their photocatalytic properties under visible light". Appl Catal B Environ 144 (2014) 863–869.
[27] M. Gharagozlu, S. Naghibi, "Synthesis of green zinc oxide nanoparticles by thermal decomposition of zinc complex obtained from phenylalanine". Journal of Color Science and Technology. (2017) 257-263.

صفحه اصلی

راهنمای نویسندگان

ارسال مقاله

داوران

تماس با ما