Modification with amino groups of composite SiO2–TiO2 and pure TiO2 spheres prepared via the peroxo route

Роман Сергеевич Морозов, Вячеслав Викторович Авдин, Игорь Владимирович Кривцов, Александр Андреевич Горшков, Анна Викторовна Уржумова, Александра Витальевна Осинская, Даниил Сергеевич Южалкин

Аннотация


Серии пористых композитных оксидов SiO2–TiO2 и чистого TiO2 со сферической морфологией частиц были получены пероксидным методом, далее они были использованы в качестве подложек для катализаторов. Аминопропилтриметоксисилан (АПТМС) был присоединен к поверхности  подложки в строго безводной реакционной среде, что приводит к тому, что аминогруппы присоединяются ковалентно к поверхности подложки. Процедура присоединения аминопропилтриметоксисилана является несложной и может быть применена также для других органических соединений, имеющих различные функциональные группы. Для изучения процесса термической обработки подложки были прокалены при различных температурах перед тем, как были использованы в реакциях присоединения органических молекул, содержащих функциональные группы. Было установлено, что количество органических молекул, присоединяющихся к поверхности подложки в ходе реакции различается незначительно в зависимости от температуры обработки подложки, это указывает на то, что в реакцию с органическими молекулами вступают главным образом изолированные гидроксильные группы, наиболее стабильные из всех гидроксильных групп, остающиеся на поверхности даже после прокаливания при 700 °С. Присоединенные аминогруппы будут иметь применение в качестве каталитических центров в различных реакциях органической химии, таких как ацилирование аминов и спиртов, полимеризация лактонов с гидроксильными группами, изомеризация ненасыщенных углеводородов, альдольная конденсация, реакции Дильса-Альдера, Михаэля, Невенагеля и т. д. Механизм активирования реакций аминогруппами включает перенос электронной плотности к реагирующей молекуле и формирование переходного комплекса. В то время как наиболее широко распространенные основные катализаторы являются аминами в агрегатном состоянии жидкости и представляют собой гомогенные катализаторы  существует потребность в формировании гетерогенного  катализатор. Гетерогенный катализ позволяет  избежать загрязнения продуктов реакции исходными реагентами, а также позволяет осуществлять регенерацию катализатора и его многократное использование. Полученные катализаторы имеют высокое содержание присоединенных аминогрупп (1 ммоль/г) с учетом их локализации на поверхности материала.

Ключевые слова


пероксидный метод; SiO2; TiO2; АПТМС; амино группы; основный катализ

Полный текст:

PDF PDF (English)

Литература


Nelson S.G., Zhu C., Shen X. Catalytic Asymmetric Acyl Halide-Aldehyde Cyclocondensation Reactions of Substituted Ketenes. Journal of American Chemical Society, 2004, vol. 126, pp. 14–15. DOI: 10.1021/ja0391208

Denmark S.E., Beutner G.L. Lewis Base Catalysis in Organic Synthesis. Angewandte Chemie – International Edition, 2008, vol. 47, no. 9, pp. 1560–1638. DOI: 10.1002/anie.200604943.

Cameron L.L., Wang S.C., Kluger R. Biomimetic Monoacylation of Diols in Water. Lanthanide-Promoted Reactions of Methyl Benzoyl Phosphate. Journal of the American Chemical Society, 2004 vol. 126, № 34, pp. 10721–10726. DOI: 10.1021/ja049538l.

Coulembier O., Mespouille L., Hedrick J.L., Waymouth R.M., Dubois P. Metal-free Catalyzed Ring-Opening Polymerization of β-Lactones: Synthesis of Amphiphilic Triblock Copolymers Based on Poly(DimethylmalicAcid). Macromolecules, 2006, vol. 39, no. 12, pp. 4001–4008. DOI: 10.1021/ma060552n

Trost B. M., Kazmaier U. Internal Redox Catalyzed by Triphenylphosphine. Journal of Americal Chemical Society,1992, vol. 114, № 20, pp 7933–7935. DOI: 10.1021/ja00046a062

Nakagawa T., Fujisawa H., Nagata Y., Mukaiyama T. Lithium Acetate-Catalyzed Aldol Reaction between Aldehyde and Trimethylsilyl Enolate in Anhydrous or Water-Containing N,N-Dimethylformamide. Bulletin of the Chemical Society of Japan, 2004, vol. 77, pp. 1555–1557. DOI: 10.1246/bcsj.77.1555

Suttibut C., Kohari Y., Igarashi K., Nakano H., Hirama M., Seki C., Matsuyama H., Uwai K., Takano N., Okuyama Y., Osone K., Takeshita M., Kwon E. A Highly Enantioselective Diels-Alder Reaction of 1,2-Dihydropyridine Using a Simple β-Amino Alcohol Organocatalyst for a Practical Synthetic Methodology of Oseltamivir Intermediate. Tetrahedron Letters, 2011, vol. 52, № 37, pp. 4745–4748. DOI: 10.1016/j.tetlet.2011.06.109

Knudsen K.R., Mitchell C.E.T., Ley S. V. Asymmetric OrganocatalyticConjugate Addition of Malonates to EnonesUsing a Proline Tetrazole Catalyst. Chemical Communications, 2006, pp. 66–68. DOI: 10.1039/b514636d

Ramachary D.B., Anebouselvy K., Chowdari N.S., Barbas C.F. III Direct Organocatalytic Asymmetric Heterodomino Reactions: The Knoevenagel/Diels-Alder/Epimerization Sequence for the Highly Diastereoselective Synthesis of Symmetrical and Nonsymmetrical Synthons of Benzoannelated Centropolyquinanes. Journal of Organic Chemistry, 2004, vol. 69, pp. 5838–5849. DOI: 10.1021/jo049581r

Bagheri S., MuhdJulkapli N., Bee Abd Hamid S. Titanium Dioxide as a Catalyst Support in Heterogeneous Catalysis. The Scientific World Journal, 2014, Volume 2014, Article ID 727496. DOI: 10.1155/2014/727496

Sahoo S., Bordoloi A., Halligudi S.B. Ordered Mesoporous Silica as Supports in the Heteroge-neous Asymmetric Catalysts. Catalysis Surveys from Asia, 2011, vol. 15, № 3, pp. 200–214. DOI: 10.1007/s10563-011-9122-z

Schlögl R. Heterogeneous Catalysis. Angewandte Chemie – International Edition, 2015, vol. 54, № 11, pp. 3465–3520. DOI: 10.1002/anie.201410738

Morozov R., Krivtsov I., Avdin V., Amghouz Z., Khainakov S.A., García J.R. PeroxoMethod for Preparation of Composite Silica–Titania Spheres. Journal of Non-Crystalline Solids, 2016, vol. 435, pp. 8–16. DOI: 10.1016/j.jnoncrysol.2015.12.024

Morozov R., Krivtsov I., Avdin V., Amghouz Z., Gorshkov A., Pushkova E., Bol'shakov O., Bulanova A., Ilkaeva M. Microporous Composite SiO2–TiO2 Spheres Prepared via the Peroxo Route: Lead(II) Removal in Aqueous Media. Journal of Non-Crystalline Solids, 2017, article in press. DOI: 10.1016/j.jnoncrysol.2017.11.031

Valkenberg M.H., Hölderich W.F. Preparationand Use of Hybrid Organic-Inorganic Catalysts. Catalysis Reviews – Science and Engineering, 2002, vol. 44, № 2, pp. 321–374. DOI: 10.1081/CR-120003497

Etienne M., Walcarius A. Analytical Investigation of the Chemical Reactivity and Stability of Aminopropyl-Grafted Silica in Aqueous Medium. Talanta, 2003, vol. 59, № 6, pp. 1173–1188. DOI: 10.1016/S0039-9140(03)00024-9

Zhuravlev L.T. Concentration of Hydroxyl Groups on the Surface of Amorphous Silicas. Langmuir, 1987, vol. 3, № 3, 316–318. DOI: 10.1021/la00075a004

Bukleski M., Ivanovski V., Hey-Hawkins E.A Direct Method of Quantification of Maximal Chemisorption of 3-Aminopropylsilyl Groups on Silica Gel Using DRIFT Spectroscopy. SpectrochimicaActa – Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 2015, vol. 149, pp. 69–74. DOI: 10.1016/j.saa.2015.04.026

Palimi M.J., Rostami M., Mahdavian M., Ramezanzadeh B. Surface Modification of Cr2O3Nanoparticles with 3-Amino propyl Trimethoxysilane (APTMS). Part 1: Studying the Mechanical Properties of Polyurethane/Cr2O3 Nanocomposites. Progress in Organic Coatings, 2014, vol. 77, pp. 1663–1673. DOI: 10.1016/j.porgcoat.2014.05.010

Zhao Q., Bai C., Zhang W., Li Y., Zhang G., Zhang F., Fan X. Catalytic Epoxidation of Olefins with Graphene Oxide Supported Copper (Salen) Complex. Industrial and Engineering Chemistry Research, 2014, vol. 53, № 11, pp. 4232–4238. DOI: 10.1021/ie500017z

Wang Y.M., Liu S.W., Xiu, Z., Jiao X.B., Cui X.P., Pan J. Preparation and Photocatalytic Properties of Silica Gel-Supported TiO2. Materials Letters, 2006, vol. 60. pp. 974–978. DOI: 10.1016/j.matlet.2005.10.061

Fellenz N., Martin P., Marchetti S., Bengoa F. Aminopropyl-Modified Mesoporous Silica Nanospheres for the Adsorption of Cr(VI) from Water. Journal of Porous Materials, 2015, vol. 22, № 3, pp. 729–738. DOI: 10.1007/s10934-015-9946-4

Gianotti E., Dellarocca V., Marchese L., Martra G., Coluccia S., Maschmeyer T. NH3 Adsorp-tion on MCM-41 and Ti-grafted MCM-41. FTIR, DR UV–Vis–NIR and Photoluminescence Studies. Physical Chemistry Chemical Physics, 2002, vol. 4, № 24, pp. 6109–6115. DOI: 10.1039/b207231a

Jain A., Hirata G.A., Farías M.H., Castillón F.F. Synthesis and Characterization

of (3-Aminopropyl)trimethoxy-silane (APTMS) Functionalized Gd2O3 : Eu3+Red Phosphor with En-hanced Quantum Yield. Nanotechnology, 2016, vol. 27, № 6, Article ID 065601. DOI: 10.1088/0957-4484/27/6/065601

Lim M.H., Stein A. Comparative Studies of Grafting and Direct Syntheses of Inorganic-Organic Hybrid Mesoporous Materials. Chemistry of Materials, 1999, vol. 11, № 11, pp. 3285–3295. DOI: 10.1021/cm990369r

Bereznitski Y., Jaroniec M., Kruk M., Buszewski B. Adsorption Characterization of Octyl Bonded Phases for High Performance Liquid Chromatography. Journal of Liquid Chromatography and Related Technologies, 1996, vol. 19, № 17–18, pp. 2767–2784. DOI: 10.1080/10826079608015109

Jaroniec C.P., Gilpin R.K., Jaroniec M. Adsorption and Thermogravimetric Studies of Silica-Based Amide Bonded Phases. Journal of Physical Chemistry B, 1997, vol. 101, № 35, pp. 6861–6866. DOI: 10.1021/jp964002a

López-Aranguren P., Fraile J., Vega L.F., Domingo C. Regenerable Solid CO2 Sorbents Pre-pared by Supercritical Grafting of Aminoalkoxysilane into Low-Cost Mesoporous Silica. The Journal of Supercritical Fluids, 2014, vol. 85, pp. 68–80. DOI: 10.1016/j.supflu.2013.10.020




DOI: http://dx.doi.org/10.14529/chem180303

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.