Síntese e caracterização de nanocatalisador Cu2+/carbono mesoporoso para reações de amidação de álcoois

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 10133 (2023) Citar este artigo

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Nesta pesquisa, carbono mesoporoso (MC) com alta eficiência (rendimento de 0,65 g a partir de 1,0 g de MCM-41 e 1,25 g de sacarose) foi preparado com sucesso pela adição de precursor de carbono (sacarose) em uma única etapa com ondas ultrassônicas, o que reduz tempo e energia custo. Em seguida, o nanocatalisador de carbono Cu2+/Mesoporoso (Cu2+/MC) foi sintetizado pela adição de Cu(NO3)2 em uma única etapa e aplicado como catalisador em reações de amidação de álcoois. Além disso, Cu2+/MC foi caracterizado usando diferentes métodos e técnicas espectroscópicas, incluindo espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FT-IR), microscopia eletrônica de varredura de emissão de campo (FE-SEM), análise de adsorção de N2 (BET), análise de difração de raios X (XRD ), Raios X de Dispersão de Energia (EDX) e Análise Termogravimétrica (TGA). Além disso, para mostrar os méritos catalíticos do Cu2+/MC, várias aminas primárias e secundárias e sais de amônio foram aplicadas na amidação de álcoois. Método de síntese fácil, reciclabilidade, excelentes rendimentos (80–93%) e processamento simples são alguns pontos fortes notáveis ​​do uso de Cu2+/MC como catalisador nesta reação.

Os materiais à base de carbono têm atraído muita atenção nas últimas décadas devido às suas propriedades físico-químicas, morfológicas e estruturais únicas. Além disso, eles são utilizados em vários campos, incluindo armazenamento de energia, distribuição de medicamentos, detecção, fotocatálise e imagem1,2,3. Entre esses materiais, os carbonos mesoporosos fornecem sítios mais ativos e fornecem uma área superficial específica maior devido à sua alta porosidade, estrutura de poros, propriedades de superfície personalizadas e alta estabilidade química e térmica . Carbonos mesoporosos podem ser sintetizados por dois métodos, o método de modelo suave (arranjo de montagem orgânico-orgânico) e o método de modelo rígido (preenche o modelo de sílica mesoporosa com um precursor de carbono), cujo método de modelo rígido é mais eficaz e direto. Sílicas mesoporosas são ótimas candidatas como moldes sólidos e possuem alta estabilidade química e térmica. MCM-41, MCM-48 e SBA-15 são os modelos comuns no método de modelo rígido, que geralmente possui dois estágios para adição de precursor de carbono para sintetizar carbonos mesoporosos .

Devido à alta porosidade dos carbonos mesoporosos, eles são aplicados em materiais de eletrodos, distribuição de fármacos, baterias, adsorventes, armazenamento de potássio e suportes de catalisadores11,12,13,14,15,16,17. Hoje, o uso de catalisadores heterogêneos é crucial em reações orgânicas devido aos princípios da química verde e da reciclabilidade. No entanto, ainda existem desafios em algumas reações orgânicas, como a síntese de ligações amida, incluindo o uso de reagentes tóxicos, processamento tedioso e tempo de reação elevado .

Existem vários compostos de amida na natureza e em nosso corpo. A ligação amida é o principal grupo funcional em muitos produtos farmacêuticos e industriais24,25. Os métodos mais comuns para preparar amidas são a reação de cloretos ácidos, anidridos ácidos, ésteres e ácidos carboxílicos com aminas26,27. A liberação de um HCl equivalente, reações altamente exotérmicas, baixos rendimentos de amida e formações de subprodutos são os problemas dessas reações . A este respeito, o desenvolvimento de diferentes métodos para sintetizar ligações amida é crucial na química orgânica. Na última década, os cientistas tentaram vários métodos para sintetizar compostos de amida, como hidroaminação de alcinos, aminocarbonilação e amidação de aldeídos e ácidos carboxílicos. Infelizmente, esses métodos apresentam alguns defeitos, como a utilização de metais caros como catalisadores, baixa eficiência atômica, alto tempo de reação, baixos rendimentos e a criação de produtos residuais que indicam a necessidade de mais pesquisas . Ultimamente, as ligações amida podem ser obtidas pela amidação de álcoois e, por este método, os problemas de síntese de compostos amida por outros métodos foram removidos . Nesta pesquisa, com base nas vantagens dos catalisadores heterogêneos e na importância dos compostos amida, sintetizamos Cu2+/MC e aplicamos como catalisador para a amidação de álcoois (Fig. 1).