Organosílica suportada por óxido de cobalto magnético

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 14134 (2023) Citar este artigo

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Um novo nanocompósito de ácido organosílica-sulfônico suportado por óxido de cobalto magnético estruturado núcleo-casca (Co3O4 @ SiO2 / OS-SO3H) é preparado através de um método de baixo custo, simples e limpo. A caracterização de Co3O4@SiO2/OS-SO3H foi realizada utilizando espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FT-IR), análise termogravimétrica (TGA), difração de raios X em pó (PXRD), espectroscopia de raios X por energia dispersiva (EDX), microscopia eletrônica de varredura (SEM), magnetômetro de amostra vibratória (VSM) e microscopia eletrônica de transmissão (TEM). Os resultados de TGA e FT-IR ilustram a alta estabilidade do nanocompósito projetado. A imagem SEM mostrou um tamanho de cerca de 40 nm para as nanopartículas Co3O4@SiO2/OS-SO3H. Além disso, de acordo com o resultado da análise do VSM, a magnetização de saturação deste nanocompósito foi de cerca de 25 emu/g. Este novo material foi utilizado como um nanocatalisador eficiente para a síntese de derivados de tetrahidrobenzo[a]xanten-11-ona biologicamente ativos. Estes produtos foram obtidos com rendimentos elevados a excelentes em condições verdes. A recuperabilidade e reutilização deste catalisador também foram investigadas sob condições aplicadas.

O crescimento das nanopartículas magnéticas (MNPs) do ponto de vista tecnológico e científico proporcionou uma nova abordagem para aplicações médicas, biotecnologia, armazenamento de dados, sensores sólidos, eletrocrômicos, adsorventes solares e aplicações catalíticas1,2,3,4,5,6,7 ,8,9,10,11. Dentre as diferentes nanopartículas magnéticas, as NPs de óxido de cobalto são muito interessantes para os pesquisadores devido às suas propriedades incomparáveis, como bom desempenho, alta área superficial específica, fácil síntese, alta estabilidade térmica e mecânica e fácil separação magnética12,13,14,15,16 ,17,18,19,20,21,22,23. Até agora, diferentes métodos como combustão, sol-gel, co-precipitação, pirólise química e redução têm sido utilizados para sintetizar NPs de óxido de cobalto magnético. Entre estes, o método de redução tem recebido atenção especial pelo baixo custo e economia de tempo24,25,26,27,28,29,30,31. Como as NPs de óxido de cobalto são quimicamente muito ativas, elas são facilmente oxidadas e também autoagregadas no meio ambiente. Para resolver estes problemas, a superfície destas nanopartículas é revestida com materiais orgânicos e inorgânicos e/ou substâncias bioativas como carbono, sílica, polímeros, peptídeos, etc.32,33,34,35,36,37,38,39. Dentre estas, a sílica é mais atrativa devido às suas propriedades especiais, como transparência óptica e magnética, alta biocompatibilidade, alta estabilidade térmica e química e não toxicidade. Além disso, a sílica impede a agregação de NPs e aumenta a sua estabilidade. Além disso, devido à presença dos grupos hidroxila na superfície da sílica, várias porções funcionais catalíticas podem ser imobilizadas nela para aumentar a estabilidade e o desempenho dos catalisadores finais . Alguns dos relatórios recentes sobre este assunto são Co3O4@SiO2@TiO2-Ag43, Fe3O4@SiO2@GO44, Co3O4@SiO2/nanocompósito de carbono45, Co3O4@SiO2-nylon637, Fe3O4@SiO2-supported IL/[Mo6O19]46 e Fe3O4@SiO2 @(BuSO3H)347.

Nos últimos anos, o uso de grupos de ácido sulfônico como modificadores de superfície de nanopartículas estruturadas núcleo-invólucro tem sido considerado por pesquisadores. Estes têm sido utilizados como catalisadores fortes e recuperáveis ​​em reações orgânicas. Especialmente, os nanocompósitos magnéticos funcionalizados com ácido sulfônico têm sido mais interessantes devido à sua fácil separação magnética. Alguns dos relatórios neste assunto são (Fe3O4@γFe2O3-SO3H)48, (Fe3O4@TDI@TiO2-SO3H)49, (Fe3O4@PDA-SO3H)50, (Fe3O4@D-NH-(CH2)4-SO3H) 51 (Fe3O4@NS-GO)52 e (Fe3O4@OS-SO3H)53.

Por outro lado, as reações multicomponentes de uma etapa que levam à síntese de compostos heterocíclicos são um dos processos orgânicos mais práticos e importantes. Entre os compostos heterocíclicos contendo oxigênio, os derivados de xanteno têm diferentes aplicações biológicas, como antivirais, antibacterianas, inibitórias e antitumorais. Portanto, nos últimos anos, a síntese de compostos xanten-11-ona tem sido investigada utilizando vários catalisadores. Alguns dos catalisadores relatados recentemente neste assunto são ácido p-toluenossulfônico (pTSA)54, cloreto de tritila (TrCl)55, ZnO NPs56, líquido iônico do tipo zwitteriônico (CDIPS)57 e CoFe2O4/OCMC/Cu (BDC)58.