ساخت، شناسایی و کاربرد نانوکاتالیزورهای مغناطیسی و کاتالیزورهای متخلخل دارای نانوحفره های منظم بر پایه ی سیلیکا

در این پایان نامه سنتز برخی نانوکاتالیزورهای تثبیت شده بر روی بسترهای معدنیِ قابل بازیافت و استفاده از آن ها در سنتز ترکیبات آلی مورد بررسی قرار گرفت. در ابتدا با استفاده از تترااِتیل اُرتوسیلیکات (teos) و طی فرآیند سل- ژل، پوششی از سیلیکا در اطراف نانوذرات مگنتیت (fe3o4) تهیه گردید و سپس با کلروسولفونیک اسید سطح سیلیکای مغناطیسی اسیدی گردید. با توجه به کاربرد گسترده ی کاتالیزورهای اسیدی در سنتز مواد آلی، از کاتالیزور مغناطیسی اسیدی بدست آمده برای تهیه ی ترکیبات دی هیدروپیریمیدین اون ها و فتالآزین ها در شرایط بدون حلال استفاده شد. جداسازی راحت کاتالیزور و محصولات، بازده و زمان مناسب واکنش ها، عدم استفاده از حلال در طی انجام واکنش ها و امکان استفاده ی مجدد از جمله محاسن کاتالیزور مورد استفاده می باشد. در ادامه با توجه به جداسازی آسان نانوذرات مغناطیسی از محیط واکنش و همچنین کاربرد گسترده ی آن ها در تهیه ی کاتالیزورها، ابتدا ماده ی زیروژل سیلیکایی بیس (n-پروپیل تری متوکسی سیلان) -4،1- دی آزونیا بی سیکلو [2.2.2] اُکتان کلرید تهیه گردید و سپس با اتصال به نانوذرات مغناطیسی اکسید آهن، به خاصیت مغناطیسی تجهیز گردید. ترکیب سنتز شده به عنوان کاتالیزور مغناطیسی قابل بازیافت در واکنش جایگزینی هسته دوستی بنزیل هالیدها با آنیون های تیوسیانات، استات و همچنین تهیه ی هتروسیکل های حلقوی پیرانی در حلال آب مورد استفاده قرار گرفت. از محاسن این واکنش ها می توان به سادگی و شرایط ملایم واکنش، انجام واکنش در حلال آب، بازده خوب، زمان های نسبتاً کوتاه واکنش ها و سهولت جداسازی کاتالیزور اشاره نمود. با توجه به اینکه سیلیکا یکی از مطلوب ترین بسترهای جامد برای سنتز کاتالیزورهای بین فازی می باشد، در ادامه از ساختار سیلیکای مزوحفره ی sba-15 به عنوان بستری برای ناهمگن کردن ترکیب بازی دابکو استفاده شد. به منظور سنتز ترکیب مزوحفره ی دارای گروه های پروپیل کلرید (sba-cl)، ابتدا با روش سل - ژل و با استفاده از هیدرولیز اسیدی ترکیبات 3-کلروپروپیل تری متوکسی سیلان و تترااِتوکسی سیلان در حضور پلورونیک p-123، ترکیب sba-15 عامل دار شده با گروه های پروپیل کلرید(sba-cl) سنتز گردید. سپس دابکو با sba-cl در حلال تولوئن واکنش داده شد که در نتیجه ی انجام این جانشینی نوکلئوفیلی، دابکو از یک سمت متصل گردید و به این ترتیب کاتالیزور بازی sba-dabco تهیه شد و سپس اثر کاتالیزوری آن به منظور ارائه روشی نوین و کارآمد برای تهیه ترکیبات پیرانی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که sba-dabco، کاتالیزوری کارا و موثر در سنتز پیران ها از جمله اِسپیرواُکس ایندول ها می باشد. این روش ساده، سبز و ارزان محصولات با راندمان و خلوص بالا را ایجاد می کند. از جمله سایر مزایای آن می توان به جداسازی ساده محصولات، زمان مناسب واکنش-ها، انجام واکنش در حلال آب و اجتناب از استفاده حلال ها و واکنشگرهای سمی در مقایسه با روش های ارائه شده قبلی اشاره نمود. علاوه بر این، ساختار sba-15 با استفاده از ایمیدازول و آلیل کلرید در حضور سدیم هیدرید اصلاح گردید. ماده ی سنتز شده دارای گروه های آلیلی در انتهای زنجیره های متصل شده به سطح سیلیکا می باشد که در ادامه با استفاده از آغازگر بنزوئیل پراکسید، اکریلیک اسید پلیمره و به بستر sba متصل گردید. در نهایت با استفاده از هیدروژن پراُکسید گروه های کربوکسیلیک اسید به گروه های پراُکسی اسید تبدیل و واکنشگر مورد نظر سنتز شد. از واکنشگر سنتز شده، sba-polyperoxyacid، جهت اکسایش آلکن ها به اپوکسیدها استفاده شد. از سوی دیگر و با توجه به مباحث مربوط به شیمی سبز و فناوری نانو، نانوذرات سیلیکا از سبوس برنج تهیه و با استفاده از 3- آمینوپروپیل تری متوکسی سیلان سطح آن ها اصلاح گردید. در ادامه در محیط آبی با استفاده از کاهش نمک نیترات نقره با سدیم بوروهیدرید، نانوذرات نقره سنتز و بوسیله ی گروه های آمین روی بستر سیلیکایی پایدار شدند (rhprnh2@ag). به منظور بررسی کارآیی کاتالیزور rhprnh2@ag، در حضور این کاتالیزور احیاء ترکیبات نیتروبنزن با سدیم بوروهیدرید در حلال آب مورد بررسی قرار گرفت. در بخش پایانی و پس از تهیه ی موفقیت آمیز بیس (n-پروپیل تری متوکسی سیلان) -4،1- دی آزونیا بی سیکلو [2.2.2] اُکتان کلرید و استفاده از آن برای سنتز ترکیب سیلیکای مغناطیسی fe3o4@sio2/dabcoو همچنین پس از استفاده ی نانوسیلیکای تهیه شده از سبوس برنج به عنوان بستر برای تهیه ی کاتالیزور rhprnh2@ag، در این قسمت نانوکاتالیزور اسید جامد دارای گروه های n-پروپیل تری متوکسی سیلان-4،1- -دی آزونیا بی سیکلو [2.2.2] اُکتان کلرید بوتیل سولفونیک اسید متصل شده به نانوذرات سیلیکای بدست آمده از سبوس برنج سنتز شد. این کاتالیزور به عنوان یک کاتالیزور اسیدی جامد جدید در تراکم سه جزئی و تک ظرف آلدهیدهای آروماتیک، مالونو نیتریل و فتالهیدرازید برای سنتز ترکیبات h1-پیرازولو[2،1-b]فتالآزین-10،5-دی-اُون ها مورد استفاده قرار گرفت. بسته به نوع کاتالیزورهای سنتز شده ساختارها به کمک تکنیک های ft-ir، sem، tem، tga-dtg، vsm، bet وxrd مورد بررسی و مطالعه قرار گرفت.