Synthèse, propriétés et application du nouveau nanocatalyseur d'hydroxydes à double couche dans l'un

Scientific Reports volume 13, Numéro d’article: 1627 (2023) Citer cet article

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Un nouveau nanocatalyseur hétérogène LDH@3-chloropyltrimethoxysilane@1,3-benzènedisulfonyle amine@Cu (LDH@TRMS@BDSA@Cu) a été synthétisé et confirmé par des analyses telles que la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier, la microscopie électronique à balayage par émission de champ, la spectroscopie à rayons X à diffusion d’énergie (EDX), la cartographie élémentaire, l’analyse par diffraction des rayons X, la gravité thermique / dérivatisation thermique (TGA) et la calorimétrie différentielle à balayage. Le nanocatalyseur nouvellement synthétisé a efficacement catalysé la réaction entre différents aldéhydes aryliques, malononitrile, différentes acétophénones et acétate d’ammonium dans des conditions sans solvant et ils ont été convertis en dérivés de 2-amino-3-cyanopyridine avec une efficacité élevée. La réaction a montré des avantages tels que la simplicité, la grande stabilité, le respect de l’environnement, une excellente efficacité et un temps court. De plus, ce catalyseur est recyclable et a été recyclé 4 fois sans perte de puissance catalytique significative.

Ces dernières années, les nanomatériaux bidimensionnels ont été largement étudiés et utilisés comme candidats attrayants pour la construction de catalyseurs solides hétérogènes, d’électrodes, d’adsorbants, de batteries métal-soufre, etc.1,2,3. Les hydroxydes à double couche connus depuis plus d’une décennie, sont abondants dans la nature et faciles à extraire, et représentent une grande classe de structures stratifiées échangeables par anion et cation avec la formule générale [M2+ (1-x) Mx3+(OH)2 is](An-) x/n.zH2O]. Les cations métalliques utilisés sous forme divalente et trivalente sont Mn2+, Fe2+, Mg2+, Co2+, Zn2+, Ca2+ et Mn3+, Fe3+, Co3+, Cr3+, Al3+ et les anions utilisés contiennent souvent du carbonate, du bromure, du chlorure ou sont des nitrates4,5,6. Il existe différentes méthodes de synthèse des LDH, parmi lesquelles on peut citer les méthodes d’échange d’ions, hydrothermales et de coprécipitation. Les LDH sont des matériaux neutres, les parties médianes de l’anion et les couches elles-mêmes ont une charge positive, qui ont de nombreuses applications dans différents domaines en raison de leur synthèse facile et de leur capacité à remplacer et modifier les couches d’hydroxyde, qui ont attiré beaucoup d’attention de la part des chercheurs, tels que les adsorbants7, les bases catalytiques8, 9, les échangeurs d’anions, électrolyse de l’eau10, stockage d’énergie11, 12, capteurs. La séparation facile de catalyseurs hétérogènes tels que les hydroxydes bicouches fournit une voie facile et rapide pour la récupération des catalyseurs, et la récupération du catalyseur est valable à la fois en chimie verte et économiquement. En raison des caractéristiques uniques et des propriétés physiques intéressantes de l’iodure de cuivre, y compris la transparence optique élevée avec large bande interdite, la conductivité élevée avec un comportement diamagnétique inhabituel, la fente à large bande, la synthèse à basse température a été étudiée dans de nombreux travaux de recherche13,14,15. L’iodure de cuivre cristallise avec trois phases différentes α, β et γ avec des changements de température pendant la synthèse, qui à une température supérieure à 407 ° C est la phase alpha cubique, qui à une température supérieure à 369 ° C est la phase bêta hexagonale, et à basse température, l’iodure de cuivre à haute cristallinité est la phase gamma cubique, qui est un type de semi-conducteur dans lequel les ions iodure entourent tétraédiquement les ions cuivre. Les applications de ce nanocuivre peuvent être mentionnées telles que les diodes, les cellules solaires, les modèles de semi-conducteurs et les catalyseurs organiques16.

Une stratégie utile pour la synthèse de composés hétérocycliques tels que les pyridines consiste en des réactions multicomposants impliquant au moins trois composants pour produire le produit avec toutes les matières premières impliquées, ce qui est rentable en termes de chimie verte17, 18. Les composés hétérocycliques tels que la pyridine en raison de leurs propriétés biologiques et médicinales uniques telles que les propriétés antibactériennes, anticonvulsivantes, antipaludiques, antioxydantes, antidiabétiques, anti-inflammatoires, analgésiques, anticancéreuses, antitumorales, protectrices du foie, anti-athéroscléreuses, antifongiques et antiparasitaires ont attiré le plus d’attention parmi les composés hétérocycliques. Les composés contenant le cadre 2-amino-3-cyanopyridine sont utilisés comme précurseurs thérapeutiques utiles dans le domaine médical en raison de leur activité biologique19,20,21. Diverses méthodes de synthèse ont été rapportées pour leur synthèse, dans lesquelles les réactions multicomposants de l’acétate d’ammonium, du malononitrile, de l’acétophénone et des aldéhydes sont les voies de synthèse les plus importantes. Un large éventail de synthèses multicomposants ont été rapportées par différents catalyseurs, notamment: nanocatalyseurs de sulfate d’acide borique21, HBF422, micro-ondes facile23, Amberlyst-1524, acide salicylique4, MNP CoFe2O4@SiO2-SO3H25, acide magnétique nano solide, Fe3O426, Fe3O4@g-C3N4-SO3H27, Fe3O4@SiO2@(CH2)3NH28, (CH2)2O2P(OH)229, poly N,N-diméthylaniline-formaldéhyde30, nanoparticules de cuivre sur charbon de bois31, Fe3O4@Niacin32, Bu4N + Br-18, Cu@imineZCMNPs17. Cependant, des méthodes plus simples et plus douces pour leur synthèse sont toujours précieuses. Cependant, des méthodes plus simples et plus douces pour leur synthèse sont toujours précieuses. Selon les points mentionnés, le but de l’étude est de développer des méthodes rapides et simples basées sur la chimie verte, la récupération et la réutilisation de catalyseur pour la synthèse de nouveaux dérivés de cyanopyridines. Ici, nous avons réussi à fabriquer un catalyseur unique avec le ligand 1,3-benzènedisulfonylamide (BDSA) placé sur LDH pour immobiliser les nanoparticules d’iodure de cuivre (LDH@TRMS@BDSA@Cu) en tant que nouveau nanocatalyseur efficace. Pour la synthèse en un seul pot de 2-amino-3-cyanopyridine à quatre composants, la réaction a été utilisée entre différents aryl aldéhydes 1, malononitrile 2, différentes acétophénones 3 et acétate d’ammonium 4 dans des conditions douces sans solvant (dossier supplémentaire 1).

Tous les matériaux chimiques de ce travail ont été achetés à la société Merck et utilisés sans autres purifications. La spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FT-IR) a été obtenue sur un spectromètre Perkin Elmer GX FT-IR dans la plage de 4000-400 cm-1. Les spectres RMN 1H et RMN 13C ont été enregistrés dans le solvant DMSO-d6 sur les spectromètres RMN 300 MHz FT de Bruker BioSpin GmbH. Les points de fusion des échantillons ont été identifiés dans des tubes ouverts sur un appareil BUCHI 510. La structure du nouveau catalyseur LDH@TRMS@BDSA@Cu a été identifiée à l’aide de l’analyse FTIR, FESEM, XRD, EDX, MAPPING, TGA et DSC. La microscopie électronique à balayage par émission de champ (FESEM) a été réalisée avec l’instrument FE-SEM TESCAN MIRA3 et des modèles de diffraction des rayons X (XRD) d’échantillons ont été enregistrés avec un philips PW1730 dans une plage de 10 à 90° (2θ). Analyse par rayons X à dispersion d’énergie (EDX) du catalyseur synthétisé obtenu par l’appareil EDAX-EDS. L’analyse thermogravimétrique (TGA) a été enregistrée sur un appareil TGA-DTA dans le N2 à une vitesse de chauffage de 10 °C min−1 dans la plage de température de 25 à 600 °C, la calorimétrie différentielle à balayage (DSC) a été enregistrée sur un appareil DSC. La progression de la réaction et la pureté des produits ont été évaluées par chromatographie sur couche mince (CCM) avec des plaques de gel de silice.

Zn-Cr -LDH a été synthétisé selon la commande précédente, qui est brièvement décrite ci-dessous. Des sels de Cr (NO3) 3,9H2O et de Zn (NO3) 2·6H2O avec un rapport molaire de 2/1 ont été dissous dans de l’eau désionisée; pendant l’agitation intense, le pH de la solution a été atteint jusqu’à 11,5 avec une solution aqueuse de NaOH 2 M, puis la solution résultante a été placée à la même température pendant 18 h. Le composé vert obtenu a été filtré, rincé à l’eau distillée et séché dans une étuve à 60 °C pendant 24 h.

Pour activer la LDH du 3-chloropropyltriméthoxysilane a été utilisé. À cette fin, 1 g de LDH synthétisé à l’étape précédente a été dissous dans 50 mL de toluène, puis 2 mL de 3-chloropropyltriméthoxysilane ont été ajoutés, et la solution obtenue a été reflux sous agitation constante pendant 12 h. Le précipité a ensuite été recueilli avec du papier filtre, lavé plusieurs fois au toluène et à l’éthanol et placé dans une étuve à 50 °C pour séchage.

Tout d’abord, PCl5 (16,5 mmoles), en tant qu’agent de chloration, a été ajouté à un récipient contenant du sel disodique d’acide benzènedisulfonique 1,3 (5,00 g, 18 mmoles), puis stérilisé et chauffé à 65 °C, et la réaction a été poursuivie pendant 2 h; Une fois la réaction terminée, de la glace sèche (100 g) et du chloroforme (100 ml) ont été ajoutés à la cuve de réaction et la couche organique a été séparée33.

Dans une fiole de 50 mL contenant 1 g de chlorure de benzènedisulfonyle 1,3 et 5 mL d’amide, on ajoute et on les place à reflux pendant 12 h. Une fois la réaction terminée, le couvercle du récipient a été fermé avec de la paraffine et placé à 0 ° C pour synthétiser les cristaux souhaités, puis les cristaux souhaités ont été collectés et séchés.

L’hydroxyde double couche activé avec le 3-chlorotriméthoxysilane est dispersé de façon homogène dans 50 mL de toluène pendant 15 min par un dispositif à ultrasons, puis est reflux pendant 24 h. Le mélange obtenu a été recueilli avec du papier filtre et lavé plusieurs fois à l’eau distillée et à l’éthanol, puis séché dans une étuve à 60 °C pendant 24 h.

Selon la description de l’article34, le nanocuivre a été synthétisé. Pour le chargement des NP Cu, dans un récipient contenant du LDH dans l’éthanol (0,5 g dans 20 mL) qui a été dispersé pendant 5 min, 0,3 g de NP Cu a été ajouté au mélange et a été reflux pendant 12 h. Enfin, les nanoparticules de LDH ont été collectées par centrifugation, lavées à l’eau distillée et séchées sous vide à 60 °C pendant 24 h.

À un flacon contenant un mélange d’acétophénone (1,0 mmole), de malononitrile (1,0 mmole), d’acétate d’ammonium (2,5 mmoles) comme source d’azote et d’aldéhydes aromatiques (1 mmole) et LDH@TRMS@BDSA@Cu nanocatalyseur (0,05 g) est entré. Le mélange est agité à 60 °C dans un bain d’huile et la réaction est suivie d’une CCM. Après formatage de la composition souhaitée, le mélange a été refroidi à température ambiante, puis de l’éthanol chaud (2 mL) a été ajouté à la cuve de réaction. Le nanocatalyseur LDH@TRMS@BDSA@Cu a été facilement séparé de la solution par centrifugation. Après évaporation du solvant, une composition pure a été obtenue dans de l’éthanol.

Les étapes de synthèse du nouveau nanocatalyseur LDH@TRMS@BDSA@Cu sont illustrées à la Fig. 1. Comme on peut le constater, les nanoparticules de cuivre ont été stabilisées à la surface de la LDH à l’aide de disulfonylamide benzénique 1 et 3, et le nanocatalyseur synthétisé a été caractérisé par infrarouge à transformée de Fourier (IR-FT), microscopie électronique à balayage par émission de champ (FESEM), spectroscopie de rayons X à dispersion d’énergie (EDS), cartographie des rayons X, diffraction des rayons X (XRD), calorimétrie différentielle à balayage (DSC) et analyse gravimétrique thermique (TGA). La spectroscopie FT-IR a d’abord été étudiée pour confirmer la structure du nanocatalyseur LDH@TRMS@DSA@Cu. La figure 2 montre les spectres FT-IR de (a) LDH, (b) LDH@TRMS, (c) DSA, (d) LDH@TRMS@BDSA et (e) LDH@TRMS@BDSA@Cu.

Procédé de synthèse d’un nouveau nanocatalyseur hétérogène (LDH@TRMS@BDSA@nCu).

FTIR de (a) LDH, (b) LDH@TRMS, (c) DSA, (d) LDH@TRMS@DSA et (e) LDH@TRMS@DSA@nCu.

Un pic d’absorption important dans la région d’environ 3431 cm-1 indique une vibration de tension de O–H sur les surfaces LDH. Sa vibration de flexion a été observée à environ 1600 cm-1. Le pic d’absorption de 1381 cm−1 est une caractéristique d’un anion nitrate non coordonné qui appartient à d’autres hydroxydes stratifiés contenant des groupes nitrate intercouches. Les pics d’absorption inférieurs à 1020–500 cm−1 sont dus aux vibrations du réseau des LDH (M–O, O–M–O). Les bandes comprises entre 850 et 1017 cm−1 peuvent être attribuées aux modes de traction M–O, et une bande d’environ 509 cm-1 peut être attribuée aux modes de traction O-M–O (partie a) de la figure 2). Le pic d’absorption observé à 2961 cm−1 correspond aux vibrations de traction du groupe C–H du groupe alky du groupe 3-chlorotriméthoxysilane (partie (b) de la figure 2). Les vibrations de traction et de flexion du NH sont observées à des pics de 3372, 3258 et 1566 cm−1. En outre, les pics dans les zones 1324 et 1142 cm-1 appartiennent à la vibration de tension du groupe S = O. En partie )d) de la Fig. 2, il est montré que le pic dans la région 3510 cm−1 appartient à la vibration de traction de O–H à la surface de la LDH, le pic dans la région 2970 cm−1 correspond à la vibration de traction de C–H, et les vibrations de traction du sulfonyle dans les régions 1329 et 1143 cm−1 confirment les coordonnées BDSA à LDH@TRMS. En outre, selon la partie e) de la Fig. 2 que les pics liés au NH se sont arrondis. De plus, l’intensité des pics liés à S=O a diminué, ce qui indique leur chevauchement avec les nanomatériaux.

Pour obtenir plus d’informations sur les nanoparticules synthétisées, la morphologie et la taille des LDH et des PMN de LDH@TRMS@BDSA@nCu ont été examinées par la méthode FESEM. La figure 3 montre que les particules de LDH se présentent sous la forme de feuilles empilées les unes sur les autres, ce qui indique que le catalyseur s’est développé comme une plaque. Les nanoparticules de cuivre préparées sont montrées selon l’image 3 comme étant presque sphériques et fixées sur LDH. L’analyse gravimétrique thermique TGA a été utilisée pour montrer la stabilité thermique de LDH@TRMS@BDSA@Cu (Fig. 4). Avec l’augmentation de la température, plusieurs plages de réduction de masse ont été observées. La première diminution partielle de la masse à des températures inférieures à 200 °C est liée à l’eau sortant de l’échantillon, qui se trouve principalement dans les couches. À des températures plus élevées, environ 370 réductions de poids ont été observées, ce qui est lié à la décomposition et à la dissolution des groupes organiques. Ces cas confirment que le catalyseur LDH@TRMS@BDSA@Cu est stable à 370 °C ou moins. De plus, les courbes DSC et DTA ont montré que le nanocatalyseur LDH est stable en dessous de 350 °C.

Images FESEM de LDH@TRMS@BDSA@nCu.

Courbes d’analyse DSC, DTA et TGA de LDH@TRMS@BDSA@Cu.

Le modèle XRD a été utilisé pour étudier la cristallinité et la taille des particules du catalyseur. Les modèles XRD des différentes étapes de la synthèse des nanocatalyseurs sont illustrés à la Fig. 5. Les profils XRD des pics de LDH, de LDH@TRMS, de LDH@TRMS@BDSA et de LDH@TRMS@BDSA@Cu dans les régions 10, 20, 25, 40, 50, 60, 70 et 80 indiquent que ces spécimens ont une cristallinité élevée et un ordre à longue distance. Ils montrent également que le DSA et le nano-cuivre sont stabilisés sur LDH34.

Analyse XRD de (a) LDH, (b) LDH@TRMS, (c) LDH@TRMS@BDSA et (d) LDH@TRMS@BDSA@Cu.

L’analyse EDX a indiqué les propriétés chimiques et les éléments présents dans le catalyseur synthétisé. Les résultats de l’analyse ont montré la formation réussie d’intermédiaires avec la présence d’atomes de zinc, de chrome, d’oxygène, de carbone, d’azote et de nano-cuivre dans la structure du catalyseur (Fig. 6). En outre, la Fig. 6 montre Poids%, Poids % Sigma et % atomique liés aux éléments Cu, O, N, Cr, Zn et C. La composition élémentaire du catalyseur synthétisé par la carte élémentaire a confirmé la présence des éléments mentionnés et a montré une distribution uniforme de ces éléments dans la composition (Fig. 7). Les résultats de ces figures confirment la présence des éléments mentionnés dans la structure du catalyseur.

Analyse EDX du nouveau catalyseur.

Cartographie élémentaire (EDX) de Cr (orange); Zn (vert vif); N (rouge); O (jaune); Cu (violet; C (vert foncé) et Atomes de Si (bleu) pour LDH@TRMS@BDSA@Cu.

Après avoir confirmé le nouveau nanocatalyseur, nous avons synthétisé des dérivés de 2-amino-3-cyanopyridine pour évaluer son activité catalytique. Dans un premier temps, pour évaluer les conditions optimales de synthèse du malononitrile (1,0 mmole), de l’acétate d’ammonium (2,5 mmole), de la 4-acétophénone (1,0 mmol) et du 4-Cl-benzaldéhyde (1,0 mmole) comme substrats du modèle ont été sélectionnées. Comme le montre le tableau 1, la réaction modèle a été réalisée en présence de divers solvants, y compris l’eau, l’éthanol, le méthanol et l’acétonitrile, dans des conditions sans solvant à 60 °C en présence du catalyseur. Les résultats ont montré que le solvant pouvait avoir un bon effet sur le rendement du produit, mais la meilleure efficacité et le temps de réaction court dans des conditions sans solvant en présence de 0,05 g ont été obtenus à partir de nanocatalyseurs LDH@TRMS@BDSA@Cu. LDH@TRMS@BDSA@Cu’était un catalyseur approprié pour synthétiser la 2-amino-3-cyanopyridine avec un temps de réaction court et une efficacité élevée. Ensuite, la réaction du modèle est étudiée en utilisant différentes valeurs de LDH@TRMS@BDSA@Cu dans des conditions sans solvant à différentes températures, et les résultats sont donnés dans le tableau 1.

Selon le tableau 1, en l’absence de nanocatalyseurs LDH@TRMS@BDSA@Cu, la réaction a été réalisée à une température plus longue, à une température plus élevée et avec une efficacité moindre. Différentes températures ont été examinées (de r.t à 90 °C), et les résultats ont montré que 60 °C était l’efficacité la plus élevée et le temps de réaction le plus court. Après optimisation, les conditions de réaction optimales pour la préparation de dérivés de 2-amino-3-cyanopyridine ont été réalisées en utilisant divers aryl aldéhydes et acétophénones avec des groupes donneurs ou donneurs d’électrons (tableau 2). D’après les résultats résumés dans le tableau 2, tous les dérivés de 2-amino-3-cyanopyridine ont été facilement synthétisés avec un excellent rendement. Ce qui a confirmé l’activité catalytique très élevée de LDH@TRMS@BDSA@Cu nanocatalyseurs pour la synthèse de la 2-amino-3-cyanopyridine.

Selon des études antérieures dans la littérature28, 32, un mécanisme proposé catalysé par LDH@TRMS@BDSA@Cu pour la synthèse de la 2-amino-3-cyanopyridine est montré dans la Fig. 8. Premièrement, l’interaction des nanomatériaux sur le catalyseur LDH@TRMS@BDSA@Cu avec les électrons de l’atome d’oxygène dans le benzaldéhyde fournit un site électrophile actif pour attaquer le malononitrile. La réaction entre les aldéhydes actifs 1 et le malononitrile 2 produit un intermédiaire de A arylidène malononitrile. L’acétate d’ammonium 4, quant à lui, réagit avec les acétophénones actives 3 pour former un intermédiaire de l’énamine B. Dans l’étape suivante, la réaction entre les intermédiaires A et B (arylidène malononitrile A à énamine B), qui se produit sous la forme d’une augmentation de Michael, a formé l’intermédiaire C. Les étapes suivantes de cyclage / isomérisation / aromatisation ont été effectuées, ce qui a conduit à la formation des produits souhaités. Et fourni un seul produit détachable basé sur l’analyse TLC.

Mécanistique suggéré pour la synthèse de dérivés de 2-amino-4,6-diphénylnicotinonitrile.

La structure du produit de réaction a été déterminée sur la base des données spectrales de FTIR, CNMR et HNMR à 5 g. Les spectres FT-IR des trois pics aigus dans les régions 3419, 3317 et 3168 cm-1 sont liés à la fréquence vibratoire du groupe NH2, et les pics de la région 3000 sont liés à la fréquence vibratoire de C-H aromatique et aliphatique, et le pic aigu dans la région 2208 est lié au groupe fonctionnel CN et la fréquence vibratoire du cyanure est apparue en 1646. Dans le spectre HNMR, la composition des pics liés aux hydrogènes cycliques dans les régions 7 à 8 apparaît. Le déplacement chimique dans la région 6.89 avec l’intégrale 2 est lié aux hydrogènes amine. Le pic de la région 6,73 est lié à l’hydrogène du cycle pyridine, et les pics de la région 1–2 sont liés au CH aliphatique du cycle cyclopropyle, qui apparaît comme un multiple avec une intégrale, et les pics de la région 2,2 sont liés au CH aliphatique, une binaire avec l’intégrale 1. Dans le spectre 13CNMR, le pic 171 correspond au carbone du cycle pyridine attaché au cycle cyclopropyle, et le pic de la région 160 correspond au carbone attaché au groupe amine. Les carbones aromatiques sont apparus dans la gamme de 146-85, et les carbones aliphatiques ont bien culminé dans la gamme de 22-36.

Enfin, LDH@TRMS@BDSA@Cu nanoparticules ont été isolées par simple extraction et réutilisées pour une exécution ultérieure. Ce processus peut être répété quatre fois sans changement d’efficacité évident (Fig. 9). Cependant, dans la Fig. 9 a été observé une diminution du rendement de réaction après quatre recyclage et réutilisation du catalyseur dans la réaction de synthèse de 5a, ce qui peut être dû à la perte de certains NP de catalyseur lors de la séparation, de l’agrégation, etc.

Recyclage des nanoparticules LDH@TRMS@BDSA@Cu pour la réaction du modèle.

Dans la première série, 94% des nanoparticules de LDH ont été récupérées, et la pureté et la structure des nanoparticules de LDH@TRMS@BDSA@Cu récupérées basées sur le résultat FT-IR sont restées inchangées (Fig. 10). Les cas de recyclage et de réutilisation du catalyseur de la chimie verte ont été examinés pour le nouveau catalyseur. À cet égard, la récupération et la réutilisation de LDH@TRMS@BDSA@Cu nanoparticules sous la réaction optimale du malononitrile (1,0 mmol), de l’acétate d’ammonium (2 mmol), de la 4-acétophénone (1,0 mmol) et du benzaldéhyde 4-Cl (1,0 mmole) ont été réalisées dans des conditions sans solvant à 60 °C en utilisant 0,05 gr de catalyseur. À cette fin, après chaque cycle, le nanocatalyseur a été séparé de la solution réactionnelle par centrifugation et lavé plusieurs fois avec de l’éthanol, séché sous vide à 60 °C et réutilisé lors du cycle suivant. Le catalyseur peut être réutilisé selon la Fig. 9 pour quatre cycles consécutifs, qui montrent la même activité pour chaque cycle de réaction sans réduire significativement son activité catalytique.

Analyse FTIR du nanocatalyseur LDH@TRMS@BDSA@Cu recyclé.

Sur la base du tableau 3, le protocole catalytique de LDH@TRMS@BDSA@Cu a été comparé aux protocoles rapportés pour la synthèse de 2-amino-3-cyanopyridines, qui ont montré les résultats de ce nouveau catalyseur en tant que nanocatalyseur nouveau, vert et efficace avec une capacité réutilisable, une efficacité de réaction élevée, un temps court et une basse température supérieure.

En résumé, nous présentons un protocole simple pour la préparation de dérivés de 2-amino-3-cyanopyridine en utilisant le nouveau nanocatalyseur vert LDH@TRMS@BDSA@Cu dans des conditions douces. Ce protocole synthétique a montré une excellente efficacité dans des conditions telles que l’absence de solvants, une vitesse de réaction élevée, une purification simple, bon marché et rentable. La formation du nouveau nanocatalyseur a été confirmée par plusieurs méthodes, notamment la spectroscopie FT-IR, la spectroscopie EDX, la cartographie élémentaire, l’analyse XRD, FESEM et TGA / DSC et DTA.

Toutes les données générées ou analysées au cours de cette étude sont incluses dans le fichier de renseignements supplémentaires.

Sun, Z. et al. Construction et stabilisation de sites Cu+ hautement actifs dans des hydroxydes doubles stratifiés pour les réactions d’addition/cyclisation radicalaire en cascade. Mol. Catal. 527, 112415 (2022).

Article CAS Google Scholar

Ye, C. et al. Un électrocatalyseur Mo5N6 pour une électrodéposition efficace de Na2S dans des batteries sodium-soufre à température ambiante. Nat. Commun. 12, 1–11 (2021).

Article ADS Google Scholar

Ye, C. et al. Confinement à l’état électronique des polysulfures pour les batteries sodium-soufre très stables. Adv. Mater. Lett. 1907557, 1-8 (2020).

ADS Google Scholar

Roozifar, M. Application de l’acide salicylique comme catalyseur écologique et efficace pour la synthèse de 2, 4, 6-triaryl pyridine, 2-amino-3-cyanopyridine, et des dérivés de polyhydroquinoléine. J. Hétérocycle. Chem. 58, 1117-1129 (2021).

Article CAS Google Scholar

Nayak, S. Propriétés photoélectrochimiques superlatives des nanoparticules 3D MgCr—LDH influençant les réactions de séparation de l’eau photoinduites. 12, 1-23 (2022).

Article Google Scholar

Ghanbari, N. & Ghafuri, H. Conception et préparation de nanoarchitectoniques de composite LDH/polymère avec une morphologie particulière comme catalyseur pour la synthèse verte de dérivés d’imidazole. 12, 1-15 (2022).

Article Google Scholar

Kameda, T. et al. Analyses cinétiques et d’équilibre de l’adsorption du lactate par les hydroxydes doubles couches Cu-Al et Mg-Al (LDH Cu-Al et LDH Mg-Al) et les doubles oxydes stratifiés Cu-Al et Mg-Al (Cu-Al LDO et Mg-Al LDO). Nano-Struct. Nano-Objects 25, 100656 (2021).

Article CAS Google Scholar

Elle, Q. M., Liu, J. H., Aymonier, C. & Zhou, C. H. Fabrication in situ d’un film d’hydroxyde double stratifié immobilisant des nanoparticules d’or dans un microréacteur capillaire pour une carbonylation catalytique efficace du glycérol. Mol. Catal. 23, 14839–14847 (2021).

Google Scholar

Arlan, F. M., Marjani, A. P., Javahershenas, R. & Khalafy, J. Développements récents dans la synthèse de pyridines polysubstituées via des réactions multicomposants utilisant des nanocatalyseurs. New J. Chem. 45, 12328-12345 (2021).

Article Google Scholar

Ding, Y., Du, X. & Zhang, X. Nanofleurs Ni3S2 dopées au Cu de type Rose décorées de fines nanofeuilles de LDH NiFe pour une électrolyse globale de l’eau et de l’urée à haute efficacité. Appl. Surf. 584, 152622 (2022).

Article CAS Google Scholar

Fu, H. et al. L’origami et le ZnNiFe-LDH en couches ont été synthétisés sur un réseau de nanotiges Cu(OH)2 pour améliorer la capacité de stockage d’énergie. J. Colloid Interface Sci. 607, 1269-1279 (2022).

Article ADS CAS Google Scholar

Ye, C., Chao, D., Shan, J., Li, H. & Davey, K. Dévoiler expérimentalement et théoriquement les avancées des matériaux 2D pour les batteries Li/Na-S. Matière 2, 323-344 (2020).

Article CAS Google Scholar

Daraie, M., Bagheri, D., Malmir, M. & Heravi, M. M. Investigation of halloysite nanotubes and Schiff base combination with deposit copper iodidure nanoparticles as a novel heterogeneous catalytic system. 11, 1-11 (2021).

Article Google Scholar

Chen, S., Zhang, Y., Zhong, H. & Cao, Z. CoFeCr-LDH@MoS2 trimétallique en tant qu’électrocatalyseur bifonctionnel très efficace pour la séparation globale de l’eau. Colloïdes Surf. Un physicochem. Ing. Asp. 655, 130146 (2022).

Article CAS Google Scholar

Yang, C., Kneiß, M., Schein, F., Lorenz, M. & Grundmann, M. Domaine-température ambiante- épitaxie des couches minces d’iodure de cuivre pour les hétérojonctions transparentes CuI/ZnO avec des taux de rectification élevés supérieurs à 10 9. Nat. Publ. Gr. 7, 1–8 (2016).

Google Scholar

Yao, K. et al. Synthèse de nanofeuilles bidimensionnelles ultraminces et d’hétérostructures de van der Waals à partir de γ-CuI non stratifiés. NPJ 2D Mater. 2, 1-7 (2018).

Article ADS CAS Google Scholar

Yahyazadeh, A., Abbaspour-Gilandeh, E. & Aghaei-Hashjin, M. Synthèse à quatre composants de dérivés de 2-amino-3-cyanopyridine catalysée par Cu@imineZCMNPs en tant que nanocatalyseur nouveau, efficace et simple dans des conditions sans solvant. Catal. 148, 1254-1262 (2018).

Article CAS Google Scholar

Kurumurthy, C., Naresh Kumar, R., Yakaiah, T., Shanthan Rao, P. & Narsaiah, B. Novel Bu4N + Br- catalysé par une synthèse multi-composants en pot 2-amino nicotinonitriles en milieu aqueux. Rés. Chem. Intermed. 41, 3193–3199 (2015).

Article CAS Google Scholar

Ismail, M. M. F., Farrag, A. M., Harras, M. F., Ibrahim, M. H. & Mehany, A. B. M. Apoptose: Une cible pour la thérapie anticancéreuse avec de nouvelles cyanopyridines. Bioorg. Chem. 94, 103481 (2020).

Article CAS Google Scholar

Akbarpoor, T., Khazaei, A., Seyf, J. Y., Sarmasti, N. & Gilan, M. M. One-pot synthesis of 2-amino-3-cyanopyridines and hexahydroquinolines using egg-shell-based solid-acid catalyst via anomeric-based oxidation. Rés. Chem. Intermed. 46, 1539–1554 (2019).

Article Google Scholar

Faroughi Niya, H., Hazeri, N., Maghsoodlou, M. T. & Fatahpour, M. Synthesis, characterization, and application of CoFe2O4@TRIS@sulfated boric acid nanocatalyst for the synthesis of 2-amino-3-cyanopyridine derivatives. Rés. Chem. Intermed. 47, 1315–1330 (2021).

Article CAS Google Scholar

Zolfigol, M. A. et al. Une méthode pratique pour la préparation du 2-amino-4,6-diphénylnicotinonitrile en utilisant HBF4 comme catalyseur efficace via une oxydation à base d’anomère: une étude expérimentale et théorique conjointe. J. Mol. Struct. 1137, 674–680 (2017).

Article ADS CAS Google Scholar

Mojtahedi, M. M., Hosseinkhany, S., Abaee, M. S. & Mesbah, A. W. Une procédure divergente pour la synthèse multicomposant de nouveaux dérivés ferrocényliques de dicyanoanilines et de cyanopyridines. Appl. Organomet. Chem. 34, e5675 (2020).

Article CAS Google Scholar

Sekhar, C. et al. Amberlyst-15 catalysé la synthèse sonochimique de dérivés de nicotinonitrile 2-amino-4, 6-disubstitués et leur évaluation biologique. J. Mol. Struct. 1240, 130541 (2021).

Article Google Scholar

Hosseinzadeh, Z., Ramazani, A., Ahankar, H., Ślepokura, K. & Lis, T. Synthèse du 2-amino-4,6-diarylnicotinonitrile en présence de CoFe2O4@SiO2-SO3H en tant que nanocatalyseur d’acide solide réutilisable sous irradiation micro-ondes dans des conditions sans solvant. SILICON 11, 2169-2176 (2019).

Article CAS Google Scholar

Heravi, M. M., Shirazi, S. Y. & Mahzad, B. Using magnetic nanoparticles Fe 3 O 4 as a reusable catalyst for the synthesis of pyran and pyridine derivatives via one - pot multicomponent reaction. J. Iran. Chem. Soc. 12, 2075-2081 (2015).

Article CAS Google Scholar

Mohammadi Ziarani, G., Kheilkordi, Z., Mohajer, F., Badiei, A. & Luque, R. Catalyseurs magnétiquement récupérables pour la préparation de dérivés de pyridine: un aperçu. 11, 17456–17477 (2021).

Article ADS CAS Google Scholar

Motahari, S. & Khazaei, A. Préparation et caractérisation de Co(II) supporté sur des nanoparticules magnétiques modifiées de Fe3O4 et son application comme catalyseur pour la synthèse de 2-amino-3-cyanopyridines. Polycyclique. Aromat. Compd. 1 à 12 (2021).

Zolfigol, M. A. & Yarie, M. Fe3O4@TiO2@O2PO2(CH2)NHSO3H en tant que nouveau catalyseur nanomagnétique: Application à la préparation de 2-amino-4,6-diphénylnicotinonitriles par oxydation à base d’anomère. Appl. Organomet. Chem. 31, 1-10 (2017).

Article Google Scholar

Asadbegi, S., Bodaghifard, M. A. & Mobinikhaledi, A. Poly N, N-diméthylaniline-formaldéhyde soutenu sur des nanoparticules magnétiques revêtues de silice: un catalyseur nouveau et récupérable pour la synthèse verte de 2-amino-3-cyanopyridines. Rés. Chem. Intermed. https://doi.org/10.1007/s11164-017-3200-4 (2020).

Article Google Scholar

Khalifeh, R. & Ghamari, M. Synthèse multicomposant de dérivés de 2-amino-3-cyanopyridine catalysés par des nanoparticules de cuivre hétérogènes et recyclables sur charbon de bois. J. Braz. Chem. Soc. 27, 759-768 (2016).

CAS Google Scholar

Afradi, M., Pour, S. A., Dolat, M. & Yazdani-Elah-Abadi, A. Nanomagnetically modified vitamin B3 (Fe3O4@Niacin): Un biocatalyseur vert efficace et réutilisable pour la synthèse rapide assistée par micro-ondes de 2-amino-3-cyanopyridines en milieu aqueux. Appl. Organomet. Chem. 32, e4103 (2018).

Article Google Scholar

Ghorbani-Vaghei, R. & Jalili, H. Mild. bromation régiosélective de composés aromatiques avec N, N, N′, N′-tétrabromobenzène-1,3-disulfonylamide et poly(N-bromobenzène-1,3-disulfonylamide). Synthesis (Stuttg) 07, 1099–1102 (2005).

Article Google Scholar

Rohani, S. & Ziarati, A. Nanoparticules CuI en tant que catalyseur hétérogène réutilisable pour la synthèse en un seul pot de N-cyclohexyl-3-aryl-quinoxaline-2- amines dans des conditions douces. J. Nanostruct. 2, 79–83 (2012).

Google Scholar

Wang, L. et al. Facile Yb (OTf) 3 ont favorisé la synthèse en un seul pot de dérivés de polyhydroquinoléine par réaction de Hantzsch. Tetrahedron Lett. 61, 1539-1543 (2005).

Article CAS Google Scholar

Kalili, D. Oxyde de graphène: un carbocatalyseur réutilisable et sans métal pour la synthèse en un seul pot de 2-amino-3-cyanopyridines dans l’eau. Tetrahedron Lett. 57, 1721-1723 (2016).

Article Google Scholar

Nasr-Esfahani, M., Elhamifar, D., Amadeh, T. & Karimi, B. Periodic mesoporous organosilica with ionic-liquid framework supported manganese: an efficient and recyclable nanocatalyst for the unsymmetric Hantzsch reaction. 5, 13087–13094 (2015).

Article ADS CAS Google Scholar

Mansoor, S. S., Aswin, K., Logaiya, K., Sudhan, P. N. & Malik, S. Préparation en milieu aqueux de 2-amino-4,6-diphénylnicotinonitriles en utilisant l’acide sulfurique de cellulose comme catalyseur efficace. Rés. Chem. Intermed. 40, 871–885 (2014).

Article CAS Google Scholar

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Nous remercions l’Université Bu-Ali Sina, Centre d’excellence pour le développement de méthodes respectueuses de l’environnement pour la synthèse chimique (CEDEFMCS) et pour son soutien financier.

Département de chimie organique, Faculté de chimie, Université Bu-Ali Sina, Hamedan, Iran

Sarieh Momeni & Ramin Ghorbani-Vaghei

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S.M. : Faire du travail de laboratoire, préparer des données, analyser des résultats, rédiger. R.G.-V. : Superviseur et présentateur de travaux de recherche. Tous les auteurs ont examiné le manuscrit.

Correspondance avec Ramin Ghorbani-Vaghei.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

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Réimpressions et autorisations

Momeni, S., Ghorbani-Vaghei, R. Synthèse, propriétés et application du nouveau nanocatalyseur d’hydroxydes à double couche dans la synthèse multicomposant à un pot de dérivés de 2-amino-3-cyanopyridine. Sci Rep 13, 1627 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-27940-6

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Reçu: 20 novembre 2022

Acceptée: 10 janvier 2023

Publication : 28 janvier 2023

DEUX : https://doi.org/10.1038/s41598-023-27940-6

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