알코올의 아미드화 반응을 위한 나노촉매 Cu2+/중다공성 탄소의 합성 및 특성 규명

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 10133(2023) 이 기사 인용

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본 연구에서는 초음파를 이용하여 단일 단계로 탄소 전구체(자당)를 첨가함으로써 고효율(1.0g MCM-41 및 1.25g 수크로스로부터 0.65g 수율)의 메조다공성 탄소(MC)를 성공적으로 제조하여 시간과 에너지를 절감했습니다. 비용. 이후 Cu(NO3)2를 단일 단계로 첨가하여 Cu2+/메조다공성 탄소나노촉매(Cu2+/MC)를 합성하고, 알코올의 아미드화 반응에 촉매로 적용하였다. 또한 Cu2+/MC는 푸리에 변환 적외선 분광법(FT-IR), 전계 방출 주사 전자 현미경(FE-SEM), N2 흡착 분석(BET), X선 회절 분석(XRD)을 포함한 다양한 분광법 및 기술을 사용하여 특성화되었습니다. ), 에너지 분산 X선(EDX) 및 열중량 분석(TGA)이 있습니다. 또한 Cu2+/MC의 촉매적 장점을 보여주기 위해 다양한 1차 및 2차 아민과 암모늄염을 알코올의 아미드화에 적용했습니다. 쉬운 합성 방법, 재활용성, 우수한 수율(80~93%) 및 간단한 작업은 이 반응에서 Cu2+/MC를 촉매로 사용하는 눈에 띄는 장점입니다.

탄소 기반 소재는 독특한 물리화학적, 형태학적, 구조적 특성으로 인해 최근 수십 년 동안 많은 주목을 받아왔습니다. 또한 에너지 저장, 약물 전달, 센싱, 광촉매, 이미징 등 다양한 분야에서 활용되고 있습니다1,2,3. 이러한 물질 중에서 메조다공성 탄소는 높은 다공성, 기공 구조, 맞춤형 표면 특성 및 높은 화학적 및 열 안정성으로 인해 더 많은 활성 사이트를 제공하고 더 큰 비표면적을 제공합니다. 메조포러스 탄소는 소프트 템플릿 방법(유기-유기 조립 배열)과 하드 템플릿 방법(메조포러스 실리카 템플릿을 탄소 전구체로 채우는)의 두 가지 방법으로 합성할 수 있으며, 하드 템플릿 방법이 더 효과적이고 간단합니다. 메조다공성 실리카는 고체 주형으로서 훌륭한 후보이며 화학적 및 열적 안정성이 높습니다. MCM-41, MCM-48 및 SBA-15는 하드 템플릿 방법의 일반적인 템플릿이며, 일반적으로 메조다공성 탄소를 합성하기 위해 탄소 전구체를 추가하는 두 단계를 갖습니다.

메조다공성 탄소의 높은 다공성으로 인해 전극 재료, 약물 전달, 배터리, 흡착제, 칼륨 저장 및 촉매 지지체에 적용됩니다. 오늘날, 이종 촉매를 사용하는 것은 친환경 화학 및 재활용성 원칙 때문에 유기 반응에서 매우 중요합니다. 그러나 독성 시약 사용, 지루한 작업 및 높은 반응 시간을 포함하여 아미드 결합 합성과 같은 일부 유기 반응에는 여전히 과제가 있습니다.

자연과 우리 몸에는 다양한 아미드 화합물이 존재합니다. 아미드 결합은 많은 제약 및 산업 제품의 핵심 기능 그룹입니다. 아미드를 제조하는 가장 일반적인 방법은 산 염화물, 산 무수물, 에스테르 및 카르복실산을 아민과 반응시키는 것입니다26,27. 동등한 HCl의 방출, 높은 발열 반응, 낮은 아미드 수율 및 부산물 형성은 이러한 반응의 문제입니다28,29. 이와 관련하여, 아미드 결합을 합성하는 다양한 방법을 개발하는 것은 유기화학에서 매우 중요합니다. 지난 10년 동안 과학자들은 알킨의 하이드로아민화, 아미노카르보닐화, 알데히드와 카르복실산의 아미드화와 같은 아미드 화합물을 합성하기 위한 다양한 방법을 시도했습니다. 불행하게도 이러한 방법에는 값비싼 금속을 촉매로 활용하는 것, 낮은 원자 효율성, 높은 반응 시간, 낮은 수율 및 추가 연구가 필요함을 나타내는 폐기물 생성과 같은 몇 가지 결함이 있습니다30,31. 최근에는 알코올을 아미드화하여 아미드 결합을 얻을 수 있으며, 이 방법을 통해 다른 방법으로 아미드 화합물을 합성할 때의 문제점이 제거되었다32,33,34,35. 본 연구에서는 불균일 촉매의 장점과 아미드 화합물의 중요성을 바탕으로 Cu2+/MC를 합성하여 알코올의 아미드화 촉매로 적용하였습니다(그림 1).