Progettazione, preparazione e applicazione della semicarbazide

Aug 01, 2023

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 14347 (2022) Citare questo articolo

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Un nuovo catalizzatore nanomagnetico efficiente e recuperabile contenente i linker semicarbazide, vale a dire Fe3O4@SiO2@OSi(CH2)3-N(3-piridoilsolfonico acido)semicarbazide (FSiPSS) è stato progettato, sintetizzato e caratterizzato mediante l'uso di varie tecniche come FT-IR, EDX, analisi della mappatura elementare, XRD, SEM, TEM, TGA/DTA, BET e VSM. Quindi, la capacità catalitica del nuovo catalizzatore nanomagnetico FSiPSS preparato è stata studiata con successo nella sintesi di diversi piranopirazoli attraverso una reazione di condensazione a quattro componenti in un vaso unico di acetoacetato di etile, idrazina idrata, aldeidi aromatiche e malononitrile o ciano-acetato di etile mediante il aiuto dell'ultrasonicazione in tempi di reazione molto brevi, rese da buone ad elevate e facile lavorazione (Fig. 1).

Sintesi di diversi piranopirazoli mediante il nano-catalizzatore FSiPSS.

La semicarbazide (SEM) è un derivato dell'urea o dell'idrazina che possiede diverse importanti funzioni in ambito medicinale e sanitario. I motivi SEM costituiscono le strutture principali di numerosi farmaci ed erbicidi come nitrofurazone, tolazamide, laromustina, cafenstrolo e diflufenzopir1,2,3. Inoltre, il SEM viene applicato negli alimenti come marcatore per rilevare l'uso illegale dell'antibiotico vietato nitrofurazone4. Rivelano anche un effetto stabilizzante sullo stato cristallino liquido dei lipidi della membrana dei cloroplasti e alcuni sono noti come tensioattivi. Un altro rapporto ha dimostrato che i SEM vengono utilizzati anche come agenti stabilizzanti nell'industria dei polimeri5.

Inoltre, le nanoparticelle magnetiche (MNP) stanno ricevendo un crescente interesse a causa delle loro diffuse applicazioni in vari campi. Gli MNP presentano molti vantaggi in chimica organica, (1) gli MNP sono accessibili; (2) la stabilità dei collegamenti catalitici porta all'uso di solventi più rispettosi dell'ambiente rispetto alla catalisi omogenea; (3) semplice separazione mediante un campo magnetico esterno; (4) la fabbricazione degli MNP è generalmente semplice, scalabile, sicura, economicamente vantaggiosa e controllabile; (5) la lisciviazione del catalizzatore è solitamente inferiore rispetto ad altri catalizzatori supportati da materiale6. Nel corso degli anni sono apparsi numerosi rapporti sulle nanoparticelle MNP7,8,9,10,11. Tra i diversi tipi di MNP, l'alluminio e l'ossido di ferro presentano grandi vantaggi come basso costo, ampia disponibilità, stabilità termica e notevole capacità di adsorbimento12.

In particolare, le nanoparticelle di ossido di ferro (IONP), che appartengono alla classe ferrimagnetica dei materiali magnetici, trovano ampia applicazione nei campi della biomedicina e della bioingegneria grazie alla loro facilità di modificazione superficiale, sintesi e bassa tossicità. Magnetite (Fe3O4), maghemite (γ-Fe2O3) e ferriti miste (MFe2O4 dove M=Co, Mn, Ni o Zn) sono le tre forme principali di nanoparticelle a base di ossido di ferro13,14,15,16. Per prevenire l'aggregazione degli MNP e anche migliorarne la stabilità, solitamente, sulla superficie viene rivestito uno strato di silice17. Fe3O4 rivestito di silice veniva spesso utilizzato come supporto di catalizzatori metallici e non metallici18,19,20,21.

I nanomateriali magnetici sono adsorbenti più efficienti del carbone attivo, dell'ossido di grafene (GO) e degli adsorbenti a base di zeolite grazie alla loro facilità di rimozione dei contaminanti dalle acque reflue utilizzando un campo magnetico applicato ma anche alle loro vantaggiose caratteristiche di carica superficiale e attività redox. L'incorporazione di nanomateriali magnetici con adsorbenti come WO3, TiO2, ZnO e GO diminuisce la rapida ricombinazione delle lacune elettroniche fotoindotte e migliora il potenziale di fotocatalisi di questi materiali. D’altro canto, i nanomateriali magnetici possono avere un effetto sinergico con i bioassorbenti. I bioassorbenti possiedono un'efficiente capacità di adsorbimento per eliminare gli inquinanti e un'elevata abbondanza e quindi aiutano a ridurre i problemi ecologici e ambientali22,23.

Tra le nanoparticelle magnetiche di ossido di ferro, le nanoparticelle magnetiche funzionalizzate con acido solfonico, note come acido forte solido recuperabile, hanno attirato molta attenzione a causa delle caratteristiche economicamente importanti e rispettose dell'ambiente24.