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Jul 01, 2023

Polyoxométalates substitués au nickel dans des hydroxydes doubles en couches comme métal

Scientific Reports volume 13, Numéro d'article : 4114 (2023) Citer cet article 1264 Accès 2 Détails de Altmetric Metrics Trois polyoxométalates de type Keggin substitués au nickel, α-[SiW9O37{Ni(H2O)}3]−10

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 4114 (2023) Citer cet article

1264 Accès

2 Altmétrique

Détails des métriques

Trois polyoxométalates de type Keggin substitués au nickel, α-[SiW9O37{Ni(H2O)}3]−10 (notés SiW9Ni3), ont été intercalés dans un double hydroxyde en couches à base de Zn3Al (Zn3Al-LDH) par la technique d'échange sélectif d'ions. Le nanocomposite tel que synthétisé, SiW9Ni3@Zn3Al, a été utilisé comme nanoréacteur hétérogène pour favoriser la synthèse de squelettes de petites molécules d'aminoimidazopyridine de type médicament via la réaction bien connue de Groebke – Blackburn – Bienaymé de type Ugi (GBB 3-CR) en l'absence de tout acide/additif et dans des conditions douces et sans solvant. Un effet catalytique synergique entre le polyoxométalate de SiW9Ni3 et les précurseurs de Zn3Al-LDH est mis en évidence par une propriété catalytique plus élevée du composite SiW9Ni3@Zn3Al par rapport aux constituants individuels séparément. L'acidité Lewis/Bronsted du polyoxométalate SiW9Ni3 et des précurseurs Zn3Al-LDH semble être essentielle pour les performances catalytiques du composite. En outre, les performances catalytiques de SiW9Ni3@Zn3Al ont également été testées dans la synthèse GBB 3-CR d'amino imidazothiazole dans des conditions douces et sans solvant.

L'« écologisation » des processus chimiques mondiaux est devenue un défi important pour l'industrie chimique1. La chimie verte offre des voies « vertes » pour les réactions non seulement en réduisant les sous-produits, les déchets produits, les coûts énergétiques et la consommation de matériaux, mais également en étant bien conseillé dans la sélection de solvants non dangereux et de catalyseurs verts2. De plus, dans le développement de procédures de synthèse vertes efficaces, l'approche sans solvant (SF) est devenue un objectif majeur des chercheurs en raison de ses avantages par rapport à la méthode de synthèse classique. La procédure SF diminue l'utilisation de solvants organiques toxiques et de composés organiques volatils (COV) et minimise la formation d'autres déchets3,4. D'autre part, le développement de diverses approches d'hétérogénéisation de catalyseurs homogènes, minimisant la consommation de matériaux tels que les solvants, l'énergie et le temps, peut entraîner des avantages économiques et environnementaux significatifs. Par conséquent, tant du point de vue environnemental qu’économique, les réactions organiques dans des conditions de catalyseurs sans solvant et récupérables ont suscité un intérêt considérable ces dernières années5.

Les réactions à plusieurs composants (MCR) avec des méthodes combinatoires ont été utilisées comme approche pratique pour la synthèse de diverses classes de composés6,7,8,9. Les réactions multicomposantes à base d'isocyanures (IMCR), telles que les réactions polyvalentes bien connues d'Ugi, Passerini et Oakes-Yavari-Nair (OYN)10, constituent l'une des réactions cruciales dans ce domaine11. En raison des activités antifongiques et antibactériennes de certaines aminoimidazo[1,2-a]pyridines, ces petites molécules ressemblant à des médicaments constituent une classe importante de composés pharmaceutiques11. À ce jour, un certain nombre d'acides de Lewis et de Bronsted tels que l'acide acétique, le TsOH, le Cell-SO3H, le RuCl3, le MOFs12, le MgCl2, le SnCl2, le ZrCl4 et le ZnCl2 ont été utilisés pour la synthèse d'aminoimidazopyridines via GBB 3-CRs13. Étant donné que certains de ces systèmes catalytiques souffrent de faibles rendements, de conditions de réaction difficiles, de temps de réaction longs, d'un traitement fastidieux qui conduit à la génération de grandes quantités de déchets toxiques et de la coapparition de plusieurs réactions secondaires14,15,16,17, 18,19,20,21,22. Par la suite, certains d’entre eux sont impossibles à utiliser en raison de considérations économiques/environnementales. En conséquence, il existe suffisamment de place pour le développement de nouvelles méthodes de synthèse, qui constitue un objectif attrayant.

Les polyoxométalates (POM) sont un grand groupe d'amas anioniques inorganiques, principalement composés de métaux de transition précoces (TM) pontés par oxo, tels que le tungstène, le molybdène, le vanadium, etc., dans leurs états d'oxydation les plus élevés23. En raison de leur polyvalence structurelle et de leurs propriétés chimiques et physiques réglables telles que le comportement redox, l'acidité de Lewis/Bronsted, la diversité des structures moléculaires et les charges négatives élevées, ils ont été appliqués dans un large éventail de domaines, notamment la catalyse, la médecine, les matériaux et l'environnement24,25, 26,27. À ce jour, une grande variété de POM ont généralement été utilisés comme catalyseurs acides et d’oxydation, en particulier les acides de Bronsted. Cependant, leur utilisation en tant que catalyseurs acides de Lewis est limitée en raison de l'occupation des orbitales d des centres métalliques de haute valence avec les ligands oxo de surface . Dans ce cas, pour développer les POM en tant que catalyseurs, leurs propriétés physiques et chimiques peuvent être ajustées en incorporant des métaux de transition dans leur structure, ce qui peut créer des sites catalytiquement actifs dans la structure des POM . Cependant, un problème dans les applications des POM réside dans la nécessité de convertir les POM solubles en matériaux solides en raison de leur surface relativement faible (< 10 m2 g−1) et de leur forte solubilité dans les solvants polaires32. Ainsi, l’hétérogénéisation des POM en fait des candidats encourageants en tant que nanocatalyseurs pour divers types de réactions chimiques et de chimie verte33,34. Sur la base de rapports précédents, l'intercalation de POM dans des hydroxydes doubles en couches (LDH) est un moyen de développer des catalyseurs hétérogénéisés à base de POM, des catalyseurs hétérogènes dotés de propriétés uniques. Les LDH de formule générale [M2+1−xM3+x(OH)2]x+(An−)x/n·yH2O, constituent une grande classe de couches de type brucite chargées positivement avec des éléments constitutifs de cations métalliques divalents et trivalents. sous forme d'anions échangeables tels que Cl−, CO32−, NO3− entre les couches.