شیمى کاربردى روز

شیمى کاربردى روز

Cu-CuO-Cu₂O/کربن شبه‌گرافنی مشتق‌شده از زیست‌توده; به عنوان یک کاتالیزور پاسخ‌گو به مایکروویو برای واکنش جفت‌شدن A3

نوع مقاله : مقاله علمی پژوهشی

نویسندگان
دانشکده شیمی، دانشگاه سمنان، صندوق پستی ۳۵۱۳۱-۱۹۱۱۱، سمنان، ایران
چکیده
این مطالعه یک نانوکامپوزیت کاتالیزوری جدید Cu-CuO-Cu²O/GLC را معرفی می‌کند که از هیدروژل دانه ریحان مشتق شده و برای سنتز کارآمد پروپارژیل‌آمین از طریق واکنش‌های جفت‌شدن A³ به کار گرفته شده است. این کاتالیزور از طریق تثبیت یون‌های Cu²⁺ در هیدروژل دانه ریحان و به دنبال آن کلسیناسیون کنترل‌شده تهیه شد که به تشکیل ساختار متخلخل سلسله‌مراتبی با گونه‌های مسی دارای اثر هم‌افزا، مستقر بر روی کربن شبه‌گرافنی مشتق‌شده از زیست‌توده، منجر گردید. تحت شرایط بهینه‌شده بدون حلال، کاتالیزور عملکرد استثنایی در جفت‌شدن سه‌جزئی آلدهیدها، آمین‌ها و آلکین‌های پایانی نشان داد. به‌طور قابل‌توجهی، تابش مایکروویو موجب بهبود چشمگیر کارایی کاتالیزوری شد و زمان واکنش را از ۲ ساعت به ۳۰ دقیقه کاهش داد، در حالی که بازده را از ۹۰٪ به ۹۸٪ رساند. کاتالیزور تحت شرایط مایکروویو افزایش ۴.۳۵ برابری در فرکانس گردش (5.44×10-5 mol g-1 s-1) نسبت به گرمایش معمولی (1.25×10-5 mol g-1 s-1) نشان داد. تحلیل همبستگی هامت (ρ = 0.3) تأیید کرد که استخلاف‌های الکترون‌کشنده با افزایش الکتروفیلیسیته کربونیل، واکنش را تسریع می‌کنند. کاتالیزور فعالیت مؤثر خود را طی پنج چرخه متوالی با غیرفعال‌سازی حداقل حفظ کرد و رفتار ناهمگن واقعی را نشان داد. ارزیابی‌های جامع اقتصادی و شیمی سبز مزایای قابل‌توجهی نسبت به کاتالیزورهای متداول آشکار ساخت، از جمله کاهش ۵ تا ۱۵ برابری هزینه در هر واکنش (۰.۲۰–۰.۳۵ در مقابل ۱.۰–۴.۵) و معیارهای زیست‌محیطی مطلوب با ضریب E برابر ۲.۵–۴ در مقایسه با ۱۰–۴۵ برای سایر سامانه‌ها. این کاتالیزور مشتق‌شده از زیست‌توده، رویکردی اقتصادی و پایدار از نظر زیست‌محیطی برای تولید داربست های ارزشمند پروپارژیل‌آمین محسوب می‌شود.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Biomass-Derived Cu-CuO-Cu2O/Graphene-Like Carbon as a Microwave-Responsive Catalyst for A3 Coupling

نویسندگان English

Mahsa Moradinasab
zahra Kohansal Nalkyashree
Eskandar kolvari
Armin saneei
nadiya koukabi
Department of Chemistry, Semnan University, P.O. Box 35131-19111, Semnan, Iran
چکیده English

This study introduces a novel Cu-CuO-Cu2O/GLC nanocomposite catalyst derived from basil seed hydrogel for efficient propargylamine synthesis via A3 coupling reactions. The catalyst was prepared through Cu2+ ion immobilization in basil seed hydrogel, followed by controlled calcination, resulting in a hierarchical porous structure with synergistic copper species supported on biomass-derived graphene-like carbon. Under optimized solvent-free conditions, the catalyst demonstrated exceptional performance in the three-component coupling of aldehydes, amines, and terminal alkynes. Notably, microwave irradiation dramatically enhanced catalytic efficiency, reducing reaction times from 2 hours to 30 minutes while increasing yields from 90% to 98%. The catalyst exhibited a distinct 4.35-fold increase in turnover frequency under microwave conditions (5.44×10-5 mol g-1 s-1) compared to conventional heating (1.25×10-5 mol g-1 s-1). Hammett correlation analysis (ρ = 0.3) confirmed that electron-withdrawing substituents accelerate the reaction by enhancing carbonyl electrophilicity. The catalyst maintained effective activity through five consecutive cycles with minimal deactivation and demonstrated actual heterogeneous behavior. Comprehensive economic and green chemistry evaluations revealed significant advantages over conventional catalysts, including a 5-15 fold reduction in cost per reaction (0.20−0.35 vs. 1.0-4.5) and significant environmental metrics with an E-factor of 2.5-4 compared to 10-45 for other systems. This biomass-derived catalyst represents an economically viable and environmentally sustainable approach to valuable propargylamine scaffolds.

کلیدواژه‌ها English

Propargylamine synthesis
Biomass-derived catalyst
Microwave-assisted A3 coupling
Copper-graphene nanocomposite
Green heterogeneous catalysis

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 28 شهریور 1405