Разработка катализатора на основе оксидов наночастиц железа для получения кремнийорганических соединений

Разработка катализатора на основе оксидов наночастиц железа для получения кремнийорганических соединений

В недавнем исследовании, опубликованном в ChemCatChem (Wiley-VCH) исследователи разработали перерабатываемые наночастицы оксида железа, которые катализируют синтез кремнийорганических соединений.

Кремнийорганические соединения незаменимы в материаловедении для производства каучука, пластмассы и различных других полимеров. Они синтезируются путем введения кремниевых групп в органические соединения, что требует использования катализаторов для облегчения и ускорения реакции. Традиционно платина является катализатором этой реакции, однако химики-органики также экспериментируют с легко доступными переходными металлами, такими как железо. Исследовательская группа во главе с Ясуси Оборой из Университета Кансай в настоящее время сообщает о высоком потенциале наночастиц оксида железа в эффективном продвижении этой химической реакции.

Ранее группа разработала простой одностадийный метод синтеза наночастиц железа, меди и платины с использованием N, N-диметилформамида (ДМФА), стабилизирующего химический реагент. Из-за их высокой площади поверхности наночастицы являются компетентными катализаторами. Кроме того, известно, что ДМФА защищает наночастицы. Поэтому исследовательская группа применила этот метод для синтеза наночастиц оксида железа для своих экспериментов.

Полученные наночастицы были впервые охарактеризованы, чтобы понять их структуру в деталях. Используя изображения с высоким разрешением, такие как просвечивающая электронная микроскопия и рассеяние света, исследователи обнаружили, что размер частиц составляет от 2 до 5 нм, что находится в пределах диапазона наночастиц. Затем, используя рентгеновские и инфракрасные спектроскопические методы, были картированы взаимодействия между ДМФА и частицами оксида железа. Было обнаружено, что ДМФА охватывает наночастицы оксида железа, возможно, механизм его защитных эффектов. Фактически, ДМФА также сделал наночастицы устойчивыми к термической обработке.

Чтобы проверить функциональность этих наночастиц в облегчении реакции гидросилилирования, в качестве органического субстрата сначала был использован 1-децен, алкен с 10 молекулами углерода. Частицы успешно катализировали реакцию, в результате чего 84% 1-децена превращается в силилированную форму. Наночастицы также были успешны в превращении других типов алкенов, в том числе с объемными циклическими молекулами углерода в их структуре. По завершении химической реакции наночастицы выделяли из реакционной смеси только для того, чтобы обнаружить, что их структура осталась нетронутой. Исследователи также смогли повторно использовать эти наночастицы для катализа до пяти новых серий реакций силилирования, не наблюдая приливов в их эффективности.

Это исследование выявило роль наночастиц оксида железа в облегчении производства органических соединений кремния. Частицы сами по себе были не только просты в производстве, но и пригодны для вторичной переработки. «В настоящее время ведутся дальнейшие исследования детальной структуры катализатора Fe-наночастиц и его дальнейшего применения в катализе», – заключает исследовательская группа.

Фон

Кремнийорганические соединения: Кремнийорганические соединения состоят из основного скелета углеродных и кремниевых связей. Гидросилилирование является коммерческим способом получения этих соединений, при котором органические субстраты, такие как алкены, обрабатывают производными кремния в присутствии металлов. Металлический катализатор обычно действует как посредник в реакции. Помимо использования в качестве изоляционных материалов в электрических кабелях, для производства пластмасс и резины кремнийорганические соединения также находят применение в косметической и фармацевтической промышленности. Таким образом, рационализация способов производства этих соединений имеет большое промышленное значение.

Ссылка

Рюсей Азума, Сейя Накамичи, Джунго Кимура, Хироки Яно, Хидея Кавасаки, Такеюки Сузуки, Риота Кондо, Ясухару Канда, Кен-ичи Симидзу, Казуо Като, Ясуси Обора. Синтез в растворе наночастиц оксида железа, стабилизированного N, N-диметилформамидом, как эффективный и перерабатываемый катализатор для гидросилилирования алкенов. ChemCatChem 2018. https://doi.org/10.1002/cctc.201800161

Источник: http://www.kansai-u.ac.jp/English/

Source link