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Jul 29, 2023

Projeto e preparação de nanoarquitetura de compósito LDH/polímero com morfologia particular como catalisador para síntese verde de derivados de imidazol

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 11288 (2022) Citar este artigo 1289 Acessos 8 Citações 1 Detalhes de Métricas Altmétricas Este artigo foi projetado e preparado uma nova nanoarquitetônica de

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 11288 (2022) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

Este artigo foi projetado e preparado uma nova nanoarquitetônica de compósito LDH/polímero com morfologia específica. Para tanto, o surfactante CTAB foi utilizado para controlar a morfologia do hidróxido duplo em camadas (LDH) e para preparar nanocompósitos de LDH/polímero (LDH – APS – PEI – DTPA). O polímero foi sintetizado utilizando ácido dietilenotriaminopentaacético (DTPA), polietilenonimina e utilizado com LDH para formar um nanocompósito com alta estabilidade térmica. Posteriormente, o nanocompósito preparado foi identificado utilizando técnicas de FTIR, EDX, TGA, XRD, FESEM e BET. Além disso, o nanocompósito LDH-APS-PEI-DTPA preparado foi utilizado como catalisador heterogêneo e reciclável para a síntese de derivados de imidazol sob condições verdes. Os resultados mostraram que o nanocompósito LDH – APS – PEI – DTPA se beneficia de morfologia adequada, preparação simples, alta atividade catalítica e alta área superficial. Além disso, o catalisador heterogêneo LDH-APS-PEI-DTPA proposto apresentou alta estabilidade e reutilização por cinco execuções consecutivas, o que foi consistente com os princípios da química verde.

Na última década, uma extensa pesquisa concentrou-se em nanocompósitos poliméricos que são compostos de uma matriz polimérica com partículas de reforço dispersas em nanoescala . Geralmente, os nanocompósitos apresentam propriedades mecânicas muito melhores do que compósitos microdimensionados semelhantes5,6,7,8,9. A teoria clássica dos compósitos prevê que a melhor ligação entre a matriz polimérica e os outros componentes leva a melhores propriedades mecânicas8. A composição de cargas inorgânicas em camadas dentro de matrizes poliméricas para a formação de nanocompósitos poliméricos/inorgânicos em camadas é de grande importância devido às suas propriedades distintas6,10,11,12. Nesse sentido, os nanocompósitos de hidróxido duplo em camadas (LDH) / polímero pertencem a uma importante classe de nanocompósitos inorgânicos em camadas / polímeros porque melhoraram significativamente a estabilidade térmica e as propriedades físicas . O HDL possui estrutura em forma de folha ajustável e pode ser sintetizado pelos seguintes métodos: hidrólise de uréia, coprecipitação, síntese hidrotérmica, precipitação simultânea e troca iônica20,21,22,23. Os laminados de HDL são compostos por cátions e hidróxidos metálicos, nos quais os ânions são colocados entre as camadas, ou seja, íons intercamadas24. Portanto, íons laminados, estados de valência e ânions intercamadas no HDL são ajustáveis, tornando o HDL um candidato promissor para diversas aplicações . Além disso, devido à sua estrutura em camadas única, pode aumentar a área superficial específica e os sítios ativos nos compósitos, aumentando a possibilidade de mistura com a maioria dos materiais26. Vários catalisadores de HDL baseados em metais como Ti, Fe, Mg, Ni, Cu, etc., têm sido utilizados na reação catalítica .

A estrutura química da polietilenimina (PEI) é composta por monômeros de etileno imina (aziridina) ou oxazolina, que resultam em estruturas poliméricas ramificadas ou lineares, respectivamente. Esta molécula é uma réplica simples do motivo CH2 – CH2 – NH etileno imina. O PEI é um polímero catiônico ramificado solúvel em água que possui vários grupos amina ativos em suas cadeias ramificadas31.

O ácido dietilenotriaminopentaacético (DTPA) ou ácido pentetico é um ácido aminopolicarboxílico que consiste em uma dietilenotriamina com cinco grupos carboximetil. É um sólido branco com solubilidade limitada em água32. A molécula pode ser vista como uma versão expandida do EDTA e é utilizada de forma semelhante33.

Além disso, entre os compostos heterocíclicos os derivados imidazol têm atraído atenção especial devido às suas propriedades biológicas e medicinais34,35. Este grupo de 1,3-diazóis apresenta comportamentos terapêuticos como antibióticos e antifúngicos. Os compostos imidazol são utilizados como núcleo medicinal em alguns medicamentos como cimetidina, cetoconazol, daclatasvir36 e nitroimidazol, que é um antibiótico para tratamento de infecções gastrointestinais. Nas últimas décadas, tem sido relatada a síntese de derivados de imidazol na presença de vários catalisadores. Catalisadores homogêneos ou heterogêneos relatados para a síntese de derivados de imidazol incluem iodo molecular37, polímero impresso molecularmente38, ácido p-toluenossulfônico39, composto de óxido de grafeno-quitosana40, etc. Os derivados de imidazol, apesar de suas vantagens, apresentam desvantagens devido ao uso de solventes tóxicos, alta carga de o catalisador, a baixa eficiência de produção e o custo dos catalisadores metálicos.