سنتز نانو کاتالیست های ابرپارامغناطیسی ?-fe2o3 اندود شده با هیدروکسی آپاتیت های عامل دار و کاربرد آنها در واکنش های آلی

پس از سالها تحقیقات متمرکز مشخص شده است که واکنش های کاتالیزوری توسط لوئیس اسیدها روشی مناسب برای تبدیلات شیمیایی است. در این زمینه با وجود دست یافتن به نتایج مطلوب، مشکل اصلی در رابطه با جداسازی محصولات از کاتالیزور می باشد، زیرا در طی جداسازی های هیدرولیتیکی، کاتالیزور تخریب می شود و در نتیجه بازده عمومی کاتالیزور کاهش می یابد. بنابراین سنتز کاتالیزورهای لوئیس اسیدی پیشرفته تر که ارزان، ملایم، دارای مواد زائد کمتر، قابل بازیابی و منطبق بر اصول شیمی سبز باشد همچنان مورد انتظار است. در تحقیق حاضر سعی شده است کاتالیزورهای جدیدی از فلزات واسطه، که نقش موثری در تبدیلات شیمیایی به عنوان لوئیس اسید دارند، بر اساس معیارهای فوق تهیه شود. به طور خلاصه، در این پایان نامه کاتیون های فلزی متنوعی شامل منگنز(ii)، آهن(ii)، کبالت(ii)، نیکل(ii)، مس(ii) و روی(ii) با موفقیت در سطح بستر ?-fe2o3@hap مستقر شده تا نانو ذرات مغناطیسی از این کاتیون ها تهیه شود. این ترکیبات به عنوان نانو کاتالیزورهای جدیدی از فلزات واسطه با مورفولوژی یکنواخت، توزیع اندازه ذره باریک، خاصیت مغناطیسی عالی و قابلیت بازیابی آسان معرفی شدند. ترکیبات ?-fe2o3@hap بدلیل قابلیت شستشوی آسان، قابلیت بازیابی مغناطیسی و پایداری شیمیایی در زمانهای طولانی ترکیباتی بسیار پرکاربرد هستند. بعلاوه، بدلیل وجود هیدروکسی آپاتیت که سطح بسیار فعالی دارد، این ترکیبات می توانند با ترکیبات گوناگونی عامل دار شوند. برای تهیه ترکیبات ?-fe2o3@hap-m+2 نانو ذرات ?-fe2o3@hap با محلولهای آبی از نمک کاتیونهای ذکر شده به مدت 24 ساعت و در دمای محیط مورد واکنش قرار گرفت. با این کار کاتیون های فلزی که به عنوان کاتالیزورهای همگن شناخته می شدند در سطح ذرات ?-fe2o3@hap ناهمگن شده اند. در مرحله بعد نانوذرات مغناطیسی ?-fe2o3@hap-m+2سنتز شده با روشهای های فیزیکی-شیمیایی گوناگونی مانند طیف سنجی فروسرخ تبدیل فوریه، الگوی پراش پرتوی ایکس، میکروسکوپ الکترونی روبشی، مغناطیس سنجی نمونه لرزان و آنالیز متفرق کننده انرژی پرتوی ایکس مورد آنالیز ساختاری قرار گرفتند. طیف های فروسرخ و الگوهای پراش اشعه ایکس ساختار ترکیبات فوق را تایید کرده و نشان دادند که تمام ترکیبات فوق دارای ساختار پایه مگمیت و هیدروکسی آپاتیت می باشند. همچنین به جز ترکیب ?-fe2o3@hap-zn2+ در الگوهای پراش ترکیبات تهیه شده هیچ نوع فاز ناخالصی دیده نمی شود. با استفاده از آنالیز متفرق کننده انرژی پرتوی ایکس میزان بارگیری هریک از کاتیون ها محاسبه شد و مشخص گردید که در تمامی موارد این مقدار قابل توجه می باشد ( بیش از 1 میلی مول بر گرم). همچنین با استفاده از آنالیز مغناطیس سنجی نمونه لرزان مشخص شد که ترکیبات فوق خاصیت ابرپارامغناطیس دارند. ترکیبات ?-fe2o3@hap-m+2 سنتز شده، در یک واکنش الگو برای مقایسه فعالیت کاتالیزوری آنها بکار برده شدند. تمام این ترکیبات فعالیت کاتالیزوری خوبی در واکنش باز شدن حلقه اپوکسی توسط آنیلین داشتند. در بین ترکیبات تهیه شده، ?-fe2o3@hap-fe2+ دارای بهترین فعالیت بود و همچنین بدلیل مزایای فلز آهن نسبت به سایر کاتیون های استفاده شده، مطالعات بیشتر بر روی ترکیب ?-fe2o3@hap-fe2+ انجام شد. با استفاده از کاتالیزور ?-fe2o3@hap-fe2+ واکنش باز کردن حلقه اپوکسی توسط انواع نوکلئوفیل های نیتروژنی و اکسیژنی با موفقیت انجام شد. انواع نوکلئوفیل های آلیفاتیک، آروماتیک و هتروآروماتیک نیتروژنی و اکسیژنی با بازده خوب واکنش فوق را انجام دادند. تمام کاتالیزورهای تهیه شده پس از انجام واکنش به راحتی و با استفاده از جداسازی مغناطیسی از محیط واکنش بازیابی شده و مجددا قابل استفاده بودند. این قضیه در مورد ترکیب ?-fe2o3@hap-fe2+ آزمایش شد. این ترکیب 5 بار بدون کاهش فعالیت بازیابی و استفاده شد. همچنین در مورد ترکیب ?-fe2o3@hap-fe2+ تایید شد که کاتیون های آهن هیچ فروشویی در محیط مایع نداشته و این کاتالیزور واکنش را از فاز ناهمگن پیش می برد.