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May 17, 2023

금속으로서 층상 이중 수산화물의 니켈 치환 폴리옥소메탈레이트

과학 보고서 13권,

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 4114(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

3개의 니켈 치환 케긴형 폴리옥소메탈레이트인 α-[SiW9O37{Ni(H2O)}3]-10(SiW9Ni3으로 표시됨)이 선택적 이온 교환 기술을 통해 Zn3Al 기반 층상 이중 수산화물(Zn3Al-LDH)에 삽입되었습니다. 합성된 나노복합체인 SiW9Ni3@Zn3Al은 잘 알려진 Ugi형 Groebke-Blackburn-Bienaymé 반응(GBB 3-CR)을 통해 약물과 유사한 아미노이미다조피리딘 소분자 골격의 합성을 촉진하기 위해 이종 나노반응기로 사용되었습니다. 모든 산/첨가제와 온화하고 용매가 없는 조건에서. SiW9Ni3 폴리옥소메탈레이트와 Zn3Al-LDH 전구체 사이의 시너지 촉매 효과는 개별 구성 요소에 비해 SiW9Ni3@Zn3Al 복합재의 더 높은 촉매 특성으로 입증됩니다. SiW9Ni3 폴리옥소메탈레이트 및 Zn3Al-LDH 전구체의 루이스/브론스테드 산도는 복합재의 촉매 성능에 필수적인 것으로 보입니다. 또한, SiW9Ni3@Zn3Al의 촉매 성능은 온화하고 무용매 조건에서 아미노 이미다조티아졸의 GBB 3-CRs 합성에서도 테스트되었습니다.

글로벌 화학 공정의 '녹색화'는 화학 산업1에서 중요한 과제가 되었습니다. 친환경 화학은 부산물, 생성된 폐기물, 에너지 비용 및 재료 소비를 줄이는 것뿐만 아니라 유해하지 않은 용매 및 친환경 촉매 선택에 대한 충분한 조언을 통해 반응을 위한 "친환경" 경로를 제공합니다2. 또한, 효율적인 녹색 합성 절차의 개발에서 무용매(SF) 접근 방식은 기존 합성 방법에 비해 장점이 있기 때문에 연구자들의 주요 초점이 되었습니다. SF 절차는 유기 독성 용매와 휘발성 유기 화합물(VOC)의 사용을 줄이고 기타 폐기물의 형성을 최소화합니다3,4. 한편, 용매, 에너지 및 시간과 같은 물질의 소비를 최소화하는 균일 촉매의 불균질화를 위한 다양한 접근법의 개발은 상당한 경제적, 환경적 이점을 가져올 수 있습니다. 따라서 환경적, 경제적 관점에서 볼 때, 무용매 및 회수 가능한 촉매 조건에서의 유기 반응은 최근 몇 년간 상당한 관심을 불러일으켰습니다.

조합 방법을 사용한 다성분 반응(MCR)은 다양한 종류의 화합물 합성을 위한 편리한 접근 방식으로 사용되었습니다6,7,8,9. 다용도로 잘 알려진 Ugi, Passerini 및 Oakes-Yavari-Nair(OYN) 반응과 같은 이소시아나이드 기반 다성분 반응(IMCR)은 이 분야의 중추적인 반응 중 하나입니다11. 일부 아미노이미다조[1,2-a]피리딘의 항진균 및 항균 활성으로 인해 이러한 작은 약물 유사 분자는 중요한 제약 화합물 클래스입니다11. 현재까지 아세트산, TsOH, Cell-SO3H, RuCl3, MOFs12, MgCl2, SnCl2, ZrCl4 및 ZnCl2와 같은 다수의 루이스 및 브론스테드 산이 GBB 3-CRs13을 통한 아미노이미다조피리딘 합성에 적용되었습니다. 이러한 촉매 시스템 중 일부는 낮은 수율, 가혹한 반응 조건, 긴 반응 시간, 다량의 독성 폐기물 생성으로 이어지는 지루한 작업 및 여러 부반응의 동시 발생으로 어려움을 겪고 있다는 점을 고려하면, 18,19,20,21,22. 이후에는 경제/환경적인 문제로 인해 사용이 불가능한 경우도 있습니다. 이에 따라 매력적인 목표로서 새로운 합성 방법을 개발할 여지가 충분합니다.

폴리옥소메탈레이트(POM)는 가장 높은 산화 상태에서 텅스텐, 몰리브덴, 바나듐 등과 같은 옥소 가교된 초기 전이 금속(TM)으로 주로 구성된 무기 음이온 클러스터의 큰 그룹입니다. 산화 환원 거동, 루이스/브뢴스테드 산도, 분자 구조 다양성 및 높은 음전하와 같은 구조적 다양성과 조정 가능한 화학적 및 물리적 특성으로 인해 촉매, 의학, 재료 및 환경을 포함한 광범위한 분야에 적용되었습니다. 26,27. 현재까지 다양한 POM이 일반적으로 산 및 산화 촉매, 특히 브론스테드산으로 적용되었습니다. 그럼에도 불구하고, 루이스산 촉매로서의 사용은 표면 옥소 리간드와 함께 고가 금속 중심의 d 궤도를 점유하기 때문에 제한됩니다. 이 경우, POM을 촉매로 개발하기 위해 POM의 구조에 촉매 활성 부위를 생성할 수 있는 전이 금속을 프레임워크에 통합하여 POM의 물리적, 화학적 특성을 조정할 수 있습니다30,31. 그러나 POM 응용 분야의 문제는 상대적으로 낮은 표면적(< 10m2 g−1)과 극성 용매에 대한 높은 용해도 때문에 가용성 POM을 고체 물질로 변환해야 한다는 점입니다. 따라서, POM의 이질화는 다양한 종류의 화학 반응 및 친환경 화학을 위한 나노촉매로서 후보를 장려하게 만듭니다. 이전 보고서에 기초하여, POM을 LDH(Layered Double Hydroxides)로 삽입하는 것은 독특한 특성을 가진 이종 POM 기반 촉매 이종 촉매를 개발하는 방법입니다. 일반식 [M2+1−xM3+x(OH)2]x+(An−)x/n·yH2O를 갖는 LDH는 2가 및 3가 금속 양이온의 구성 요소를 갖춘 대규모 양전하 브루사이트 유사 층입니다. Cl-, CO32-, NO3-와 같은 교환 가능한 음이온으로 층 사이에 존재합니다.