20.07.2021 - RUDN University

Chemiker verbessert Katalysator für die Oxidiazol-Synthese um den Faktor 3

Ein Chemiker der RUDN und der Shahid Beheshti University (SBU) schlug ein Verfahren vor, um Cellulose in einen Katalysator für die Synthese von Oxadiazolen umzuwandeln. Der neue Ansatz macht den Katalysator 3-mal stabiler im Vergleich zu demselben Katalysator, der mit der traditionellen Methode gewonnen wurde. Die Ergebnisse sind in Carbohydrate Polymers veröffentlicht.

Eine der Richtungen der grünen Chemie ist die Funktionalisierung von Biopolymeren. Chemiker modifizieren Polymere, die aus Pflanzen und Tieren gewonnen werden - sie fügen ihnen funktionelle molekulare Gruppen hinzu, um nützliche Substanzen zu erhalten. Zum Beispiel werden die Katalysatoren für die Synthese von Oxadiazolen aus Cellulose hergestellt. Sie werden benötigt, um Polymere, Farbstoffe, Medikamente und fotografische Materialien herzustellen. Dazu werden Metalle in die Struktur der Cellulose eingebaut. Während des Gebrauchs, insbesondere bei hohen Temperaturen, werden jedoch Metallionen ausgelaugt. Dies führt zur Verringerung der katalytischen Aktivität und zur Umweltverschmutzung. Der Chemiker der RUDN Universität und der SBU hat mit seinen Kollegen aus dem Iran eine Methode der Cellulosefunktionalisierung entwickelt, um die Verbindung der Cellulose mit den Metallionen zu verstärken und deren Auslaugung zu verhindern.

"Cellulose als umweltfreundliches, ungiftiges, kostengünstiges und erneuerbares Biopolymer wurde in einer Dreikomponenten-Betti-Reaktion eingesetzt, da sie in der Lage ist, funktionelle Liganden auf der Cellulose zu erzeugen, um mit Cu(II) zu komplexieren", so Dr. Ahmad Shaabani von der RUDN Universität und SBU.

Die Chemiker nutzten die Betti-Reaktion, bei der mit Hilfe von Aldehyden und aromatischen Aminen funktionelle Gruppen an Phenole addiert werden. Die Forscher der RUDN Universität gewannen Dialdehyd-Cellulose, dazu mischten sie 0,5 g Cellulose und 0,01 g Kaliumperiodat in Wasser. Die Lösung wurde bei 85? 12 Stunden lang gerührt. Danach wurde das Reaktionsprodukt abfiltriert, mit Wasser gewaschen und im Vakuum bei 70? getrocknet. Der entstandene Dialdehyd wurde in der Betti-Reaktion eingesetzt. Dazu gaben die Chemiker 0,11 g Benzylamin zum Dialdehyd und lösten es in Essigsäure, wobei sie 4 Stunden lang bei Raumtemperatur rührten. Dann wurde Naphthol zu der Mischung gegeben und einen weiteren Tag gerührt. Das resultierende Produkt wurde filtriert, gewaschen und im Vakuum bei 50? getrocknet. Schließlich wurde ein ähnliches Verfahren wiederholt, wobei die funktionalisierte Cellulose mit Kupferacetat gemischt wurde. Als Ergebnis wurde ein Cu(II)@DAC-Betti-Katalysator erhalten.

Chemiker der RUDN Universität und der SBU untersuchten die erhaltene Cellulose mittels Spektroskopie und kernmagnetischer Resonanz. Seine Struktur wurde unter einem Rasterelektronenmikroskop untersucht. Zum Vergleich nahmen die Wissenschaftler eine kupfermodifizierte Cellulose, die nach einem Standardprotokoll gewonnen wurde, ohne die Betti-Reaktion (Cu(II)@Cellulose). Die elektronenmikroskopischen Aufnahmen zeigen, dass die durch die Betti-Reaktion gewonnene Cellulose im Vergleich zur üblichen keine glatte Struktur aufweist - sie hat viele Auswüchse, die sich fest aneinander und an den Cellulosefasern festhalten. Die Chemiker verglichen, wie fest die mit der neuen und der Standardmethode gewonnenen Funktionselemente der Cellulose halten. Es stellte sich heraus, dass die modifizierte Cellulose durch die Betti-Reaktion dreimal stabiler ist - bei einer Temperatur von 600? blieben 17,2 % ihrer Masse erhalten, verglichen mit 6,1 % bei Cellulose, die mit der Standardmethode gewonnen wurde.

"Das Ergebnis zeigte eine hohe Restmasse für Cu(II)@DAC-Betti, was eine hohe Cu(II)-Beladung in Cu(II)@DAC-Betti im Vergleich zu Cu(II)@Cellulose nachweist und somit eine Effizienz der Betti-Funktionalisierung bei der Komplexierung von Cu(II)-Ionen offenbart", so Dr. Ahmad Shaabani von der RUDN Universität und SBU.

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