نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران

نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران

پلی (2ـ وینیل پیریدین) پیوند شده بروی سیلیکا دارای نانو ذره های پالادیوم: سنتز، شناسایی و کاربرد کاتالسیتی در واکنش‌های جفت شدن کربن ـ کربن

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان
فاطمه فرجادیان 1، 2
سهیلا قاسمی 1
داریوش خلیلی 1
فاطمه زارع 3
محمد قلی نژاد 3
بهمن تمامی 1
1 بخش شیمی، دانشکده علوم، دانشگاه شیراز، شیراز، ایران
2 مرکز تحقیقات علوم داروئی، دانشگاه علوم پزشکی شیراز، شیراز، ایران
3 دانشکده شیمی، دانشگاه تحصیلات تکمیلی علوم پایه زنجان، زنجان، ایران
چکیده
در این پژوهش پلی (2ـ وینیل پیریدین) پیوند شده بروی سیلیکا دارای نانو ذره ­های پالادیوم به عنوان یک سامانه کاتالسیتی ناهمگن و موثر تهیه شد. نخست اکریل آمیدو پروپیل سیلیکا از واکنش بین آمینو پروپیل سیلیکا و اکریلویل کلرید سنتز شد و سپس مونومر 2ـ وینیل پیریدین به روی این سیلیکای عامل دار شده به روش پلیمریزاسیون رادیکال آزاد پیوند شد. در پایان از واکنش این بستر پلیمری با پالادیم کلرید و سپس احیا با سدیم بوروهیدرید این کاتالسیت تهیه شد. این سامانه به وسیله روش های بسیاری به خوبی شناسایی شد. طیف بینی فروسرخ تبدیل فوریه (FT-IR) حضور گروه های عاملی، آنالیز وزن سنجی گرمایی(TGA) مقدار پلی (2ـ وینیل پیریدین) پیوند شده بر بستر سیلیکا، ICP مقدار پالادیم قرار گرفته بر بستر، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) ریخت­ شناسی کاتالسیت، طیف بینی فوتوالکترون پرتو ایکس (XPS) حضور Pd(0) و میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) پخش نانو ذره­ های پالادیم در مقیاس نانو متری بدون انباشته شدن را نشان می ­دهد. این کاتالسیت به خوبی در واکنش ­های جفت شدن کربن ـ کربن آریل یدید، برمید و حتی کلرید با ترکیب­ های الفینی و فنیل بورونیک اسید به ترتیب در واکنش­ های میزوروکی ـ هک و سوزوکی ـ میورا به­ کار گرفته شد. کاتالیست فعالیت بالایی را در واکنش ­های جفت شدن هک و سوزوکی نشان داد و تا هفت مرتبه پشت سرهم بدون کاهش چشمگیر در فعالیت، قابلیت بازیافت داشت. از برتری های دیگر این سامانه می توان به مدت زمان کوتاه واکنش به همراه راندمان مناسب و جداسازی ساده فراورده هایی از محیط واکنش اشاره نمود.
کلیدواژه‌ها
ناهمگن
کاتالیست
نانو ذره‌های پالادیوم
هک ـ میزوروکی
سوزوکی ـ میورا

موضوعات

[1] Cohen Y., Eisenberg P., Chaimberg M., Permeability of Graft-Polymerized Polyvinylpyrrolidone-Silica Resin in Packed Columns, Journal of Colloid and Interface Science, 148(2): 579-586 (1992).
[2] Yokoyama R., Suzuki S., Shirai K., Yamauchi T., Tsubokawa N., Tsuchimochi, M., Preparation and Properties of Biocompatible Polymer-Grafted Silica Nanoparticle, European Polymer Journal, 42(12): 3221-3229 (2006).
[3] Inoubli R., Dagréou S., Khoukh A., Roby F., Peyrelasse J., Billon, L., ‘Graft from’ Polymerization on Colloidal Silica Particles: Elaboration of Alkoxyamine Grafted Surface by in Situ Trapping of Carbon Radicals, Polymer, 46(8): 2486-2496 (2005).
[4] Chen W., Boven G., Challa, G., Studies on Immobilized Polymer-Bound Imidazole-Copper (II) Complexes as Catalysts. 3. Immobilization of Copper (II) Complexes of Poly (Styrene-Co-N-Vinylimidazole) by Grafting on Silica and Their Catalysis of Oxidative Coupling of 2, 6-Disubstituted Phenols, Macromolecules, 24(14): 3982-3987 (1991).
[5] Wang R., Gao B., Jiao, W., A Novel Method for Immobilization of Co Tetraphenylporphyrins on P (4VP-co-St)/SiO2: Efficient Catalysts for Aerobic Oxidation of Ethylbenzenes, Applied Scientific Research, 255(7): 4109-4113 (2009).
[6] Gao B., Kong D., Zhang, Y., Preparation and Catalytic Activity of P4VP–Cu (II) Complex Supported on Silica Gel, Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, 286(1-2): 143-148 (2008).
[7] Zhou X., Wu T., Hu B., Jiang T., Han, B., Ru Nanoparticles Stabilized by Poly (N-Vinyl-2-Pyrrolidone) Grafted Onto Silica: Very Active and Stable Catalysts for Hydrogenation of Aromatics, Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, 306(1-2): 143-148 (2009).
[8] Tamami B., Farjadian, F., Synthesis and Applications of Polyvinylpyridine-Grafted Silica Containing Palladium Nanoparticles as a New Heterogeneous Catalyst for Heck and Suzuki Coupling Reactions, Journal of the Iranian Chemical Society, 8(1): S77-S88 (2011).
[9] Tamami B., Allahyari H., Ghasemi S., Farjadian, F., Palladium Nanoparticles Supported on Poly (N-Vinylpyrrolidone)-Grafted Silica as New Recyclable Catalyst for Heck Cross-Coupling Reactions, Journal of Organometallic Chemistry, 696(2), 594-599 (2011).
[10] Tamami B., Allahyari H., Farjadian F., Ghasemi S., Synthesis and Applications of Poly (N-vinylimidazole) Grafted Silica-containing Palladium Nanoparticles as a New Re-cyclable Catalyst for Heck, Sonogashira and Suzuki Coupling Reactions, Iranian Polymer Journal, 20 (9): 699-712 (2011).
[11] Tamami B., Farjadian F., Ghasemi S., Allahyari H., Synthesis and Applications of Polymeric N-Heterocyclic Carbene Palladium Complex-Grafted Silica as a Novel Recyclable Nano-Catalyst for Heck and Sonogashira Coupling Reactions, New Journal of Chemistry, 37(7): 2011-2018 (2013).
[12] Tamami B., Farjadian F., Ghasemi S., Allahyari H., Mirzadeh M., Palladium Nanoparticles Supported on Poly (N-Vinylpyrrolidone)-Grafted Silica as an Efficient Catalyst for Copper-Free Sonogashira and Suzuki Cross-Coupling Reactions, Journal of the Brazilian Chemical Society, 26(8): 1591-1598 (2015).
[13] Ghasemi S., Farjadian F., Tamami B., Biaryl Formation Via Suzuki and Stille Coupling Reactions Using Palladium Nanoparticle/Polymeric N‐Heterocyclic Carbene Grafted Silica as Recyclable and Efficient Catalyst, Applied Organometallic Chemistry, 30(10): 818-822 (2016).
[14] Beletskaya I.P., Cheprakov A.V., The Heck Reaction as a Sharpening Stone of Palladium Catalysis, Chemical Reviews, 100(8): 3009-3066 (2000).
[15] Polshettiwar V., Molnár Á., Silica-Supported Pd Catalysts for Heck Coupling Reactions, Tetrahedron, 63(30): 6949-6976 (2007).
[16] Suzuki, A., Cross-Coupling Reactions via Organoboranes, Journal of Organometallic Chemistry, 653, 83-90, (2002).
[17] Kotha S., Lahiri K., Kashinath D., Recent Applications of the Suzuki–Miyaura Cross-Coupling Reaction in Organic Synthesis, Tetrahedron, 58(48), 9633-9695, (2002).
[18] Chinchilla R., Nájera, C., The Sonogashira Reaction: A Booming Methodology in Synthetic Organic Chemistry, Chemical Reviews, 107(3): 874-922(2007).
[19] Chinchilla R., Nájera, C., Recent Advances in Sonogashira Reactions, Chemical Society Reviews, 40(10): 5084-5121 (2011).
[20] Espinet P., Echavarren A.M., The Mechanisms of the Stille Reaction, Angewandte Chemie International Edition, 43(36): 4704-4734 (2004).
[21] Jeffery T., Heck-Type Reactions in Water, Tetrahedron Letters, 35(19): 3051-3054 (1994).
[22] Jeffery T., Galland, J.C., Tetraalkylammonium Salts in Heck-Type Reactions Using an Alkali Metal Hydrogen Carbonate or an Alkali Metal Acetate as the Base, Tetrahedron Letters, 35(24): 4103-4106 (1994).
[23] Jeffery T., On the Efficiency of Tetraalkylammonium Salts in Heck Type Reactions, Tetrahedron, 52(30): 10113-10130 (1996).
[24] Azarian D., Dua S. S., Eaborn C., Walton D.R., Reactions of Organic Halides with R3 MMR3 Compounds (M= Si, Ge, Sn) in the Presence of Tetrakis (Triarylphosphine) Palladium, Journal of Organometallic Chemistry, 117(3): C55-C57 (1976).
[25] Maluenda, I., Navarro, O., Recent Developments in the Suzuki-Miyaura Reaction: 2010–2014, Molecules, 20 (5): 7528-7557 (2015).