Химик РУДН и Университета имени Шахида Бехешти совместно с иранскими коллегами предложил протокол превращения обычной целлюлозы в катализатор для синтеза оксидиазолов. Новый подход делает катализатор в три раза прочнее по сравнению с тем же катализатором, но полученным традиционным способом. Результаты опубликованы в Carbohydrate Polymers.
Одно из направлений зеленой химии — функционализация биополимеров. Химики модифицируют полимеры, полученные из растений и животных, — добавляют к ним функциональные молекулярные группы и получают полезные вещества. Например, на основе целлюлозы создают катализаторы для синтеза оксидиазолов. Они необходимы для производства полимеров, красителей, медицинских препаратов, фотоматериалов. Для этого в состав целлюлозы добавляют металлы. Однако в процессе использования, особенно при большой температуре, ионы металлов вымываются — это снижает каталитическую активность модифицированной целлюлозы и загрязняет окружающую среду. Химик РУДН совместно с коллегами из Ирана создал метод для функционализации целлюлозы, который усиливает связь целлюлозы с частицами металла и не дает им вымываться.
«Целлюлоза — экологически чистый, нетоксичный, экономически эффективный и возобновляемый биополимер. Мы разработали новую стратегию, основанную на функционализации целлюлозы, чтобы улучшить ее связывание с ионами меди», — рассказал Ахмад Шаабани, ведущий научный сотрудник Объединенного института химических исследований РУДН и Университета имени Шахида Бехешти.
Химики использовали реакцию Бетти — добавление функциональных групп к фенолам с помощью альдегидов и ароматических аминов. Сначала исследователи РУДН получили диальдегид целлюлозы. Для этого они смешали в воде 0,5 г целлюлозы и 0,01 г периодата калия. В течение 12 часов раствор перемешивали при температуре 85 °С. После этого продукт реакции отсеяли, промыли водой и оставили сушиться в вакууме при температуре 70 °С. Полученный диальдегид использовали в реакции Бетти. Для этого химики добавили к диальдегиду 0,11 г бензиламина и растворили их в уксусной кислоте, перемешивая при комнатной температуре в течение 4 часов. Затем в смесь добавили нафтол и перемешивали еще сутки. Получившийся продукт отсеяли, промыли и высушили в вакууме при 50 °С. Наконец, аналогичную процедуру повторили еще раз, смешав функционализированную целлюлозу с ацетатом меди. В результате получился готовый катализатор Cu(II)@DAC-Betti.
Химики РУДН исследовали полученную целлюлозу с помощью спектроскопии и ядерного магнитного резонанса. Ее структуру рассмотрели под сканирующим электронным микроскопом. Для сравнения ученые взяли модифицированную медью целлюлозу, которую получили по стандартному протоколу, не используя реакцию Бетти (Cu(II)@cellulose). На снимках электронного микроскопа видно, что по сравнению с обычной полученная через реакцию Бетти целлюлоза имеет не гладкую структуру — на ней много выростов, которые прочно держатся друг за друга и за волокна целлюлозы. Затем химики сравнили, насколько прочно держатся функциональные элементы у целлюлозы, полученной новым и стандартным способами. Оказалось, что реакция Бетти делает модифицированную целлюлозу в 3 раза устойчивее — при температуре 600 °С сохранилось 17,2% ее массы, по сравнению с 6,1% для целлюлозы, полученной стандартным способом.
«Результат показал высокую остаточную массу для Cu(II)@DAC-Betti, что говорит о большем количестве меди по сравнению с Cu(II)@cellulose. Это доказывает эффективность реакции Бетти для функционализации целлюлозы медью», — прокомментировал Ахмад Шаабани.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
