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Jul 29, 2023

Progettazione e preparazione di nanoarchitettura di composito LDH/polimero con particolare morfologia come catalizzatore per la sintesi green di derivati ​​imidazolici

Scientific Reports volume 12, Articolo numero: 11288 (2022) Cita questo articolo 1289 Accessi 8 Citazioni 1 Altmetric Metrics dettagli Questo articolo è stato progettato e preparato una nuova nanoarchitettura di

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Questo articolo è stato progettato e preparato una nuova nanoarchitettura del composito LDH/polimero con morfologia specifica. A questo scopo, il tensioattivo CTAB è stato utilizzato per controllare la morfologia del doppio idrossido stratificato (LDH) e per preparare nanocompositi LDH/polimero (LDH–APS–PEI–DTPA). Il polimero è stato sintetizzato utilizzando acido dietilentriamminopentaacetico (DTPA), polietilenimmina e utilizzato con LDH per formare un nanocomposito con elevata stabilità termica. Successivamente, il nanocomposito preparato è stato identificato utilizzando le tecniche FTIR, EDX, TGA, XRD, FESEM e BET. Inoltre, il nanocomposito LDH-APS-PEI-DTPA preparato è stato utilizzato come catalizzatore eterogeneo e riciclabile per la sintesi di derivati ​​dell'imidazolo in condizioni verdi. I risultati hanno mostrato che il nanocomposito LDH-APS-PEI-DTPA beneficia di una morfologia adatta, di una preparazione semplice, di un’elevata attività catalitica e di un’elevata area superficiale. Inoltre, il catalizzatore eterogeneo LDH-APS-PEI-DTPA proposto ha mostrato elevata stabilità e riutilizzabilità per cinque corse consecutive, in linea con i principi della chimica verde.

Negli ultimi dieci anni, la ricerca approfondita si è concentrata sui nanocompositi polimerici che sono composti da una matrice polimerica con particelle rinforzanti su scala nanometrica disperse1,2,3,4. In generale, i nanocompositi mostrano proprietà meccaniche molto migliori rispetto a compositi simili di dimensioni micro5,6,7,8,9. La teoria classica dei compositi prevede che un migliore legame tra la matrice polimerica e gli altri componenti porti a proprietà meccaniche migliorate8. La composizione dei riempitivi inorganici stratificati all'interno delle matrici polimeriche per la formazione di nanocompositi inorganici polimero/stratificato è di grande importanza a causa delle loro proprietà distintive6,10,11,12. A questo proposito, i nanocompositi a doppio idrossido stratificato (LDH)/polimero appartengono a un'importante classe di nanocompositi inorganici polimero/stratificato perché hanno una stabilità termica e proprietà fisiche significativamente migliorate13,14,15,16,17,18,19. LDH ha una struttura laminare regolabile e può essere sintetizzato mediante i seguenti metodi: idrolisi dell'urea, coprecipitazione, sintesi idrotermale, precipitazione simultanea e scambio ionico20,21,22,23. I laminati LDH sono composti da cationi metallici e idrossidi, in cui tra gli strati sono posti anioni, cioè ioni interstrato24. Pertanto, gli ioni laminati, gli stati di valenza e gli anioni interstrato nell'LDH sono regolabili, rendendo l'LDH un candidato promettente per varie applicazioni25. Inoltre, grazie alla sua struttura stratificata unica, può aumentare l'area superficiale specifica e i siti attivi nei compositi in modo da aumentare la possibilità di miscelazione con la maggior parte dei materiali26. Nella reazione catalitica sono stati utilizzati vari catalizzatori LDH basati su metalli come Ti, Fe, Mg, Ni, Cu, ecc.16,27,28,29,30.

La struttura chimica della polietilenimmina (PEI) è composta da monomeri di etilene immina (aziridina) o ossazolina, che danno luogo rispettivamente a scheletri polimerici ramificati o lineari. Questa molecola è una semplice replica del motivo etilenimmina CH2–CH2–NH. Il PEI è un polimero cationico ramificato solubile in acqua che presenta diversi gruppi amminici attivi nelle sue catene ramificate31.

L'acido dietilenetriaminopentaacetico (DTPA) o acido pentetico è un acido amminopolicarbossilico costituito da una dietilenetriamina con cinque gruppi carbossimetilici. È un solido bianco con solubilità limitata in acqua32. La molecola può essere vista come una versione ampliata dell'EDTA e viene utilizzata in modo simile33.

Inoltre, tra i composti eterociclici, i derivati ​​dell'imidazolo hanno attirato particolare attenzione per le loro proprietà biologiche e medicinali34,35. Questo gruppo di 1,3-diazoli mostra comportamenti terapeutici come antibiotici e antifungini. I composti imidazolici sono utilizzati come nucleo medicinale in alcuni farmaci come cimetidina, ketoconazolo, daclatasvir36 e nitroimidazolo, che è un antibiotico per il trattamento delle infezioni gastrointestinali. Negli ultimi decenni è stata segnalata la sintesi di derivati ​​imidazolici in presenza di vari catalizzatori. I catalizzatori omogenei o eterogenei riportati per la sintesi dei derivati ​​dell'imidazolo includono iodio molecolare37, polimero a impronta molecolare38, acido p-toluensolfonico39, composito ossido di grafene-chitosano40, ecc. I derivati ​​dell'imidazolo nonostante i loro vantaggi presentano svantaggi dovuti all'uso di solventi tossici, elevato carico di il catalizzatore, la bassa efficienza produttiva e il costo dei catalizzatori metallici.