I. Hoạt tính xúc tác
Hoạt tính xúc tác là trọng tâm của nghiên cứu này, tập trung vào việc khảo sát khả năng xúc tác của vật liệu khung cơ kim trong các phản ứng tổng hợp hữu cơ. Cụ thể, hai vật liệu USO-2-Ni và ZIF-67 được tổng hợp và kiểm tra hoạt tính xúc tác trong các phản ứng ghép đôi Ullmann và đóng vòng tạo dẫn xuất quinazoline. Kết quả cho thấy cả hai vật liệu đều thể hiện hiệu quả xúc tác cao, đặc biệt là khả năng thu hồi và tái sử dụng mà không làm giảm đáng kể hoạt tính.
1.1. Khảo sát hoạt tính xúc tác của USO 2 Ni
USO-2-Ni được sử dụng làm xúc tác cho phản ứng ghép đôi Ullmann giữa 4-nitrochlorobenzene và phenol. Kết quả cho thấy hiệu suất phản ứng đạt cao nhất ở điều kiện tối ưu, với độ chuyển hóa lên đến 95%. Xúc tác này cũng thể hiện tính dị thể, dễ dàng thu hồi và tái sử dụng sau 5 lần mà không làm giảm đáng kể hoạt tính.
1.2. Khảo sát hoạt tính xúc tác của ZIF 67
ZIF-67 được khảo sát trong phản ứng đóng vòng tạo dẫn xuất quinazoline từ 2-aminoacetophenone và benzylamine. Kết quả cho thấy hiệu suất phản ứng đạt cao nhất ở nhiệt độ 120°C, với độ chuyển hóa lên đến 90%. Xúc tác này cũng thể hiện tính dị thể và khả năng tái sử dụng hiệu quả.
II. Vật liệu khung cơ kim
Vật liệu khung cơ kim (MOFs) là nhóm vật liệu xốp có cấu trúc tinh thể, được tạo thành từ các ion kim loại và ligand hữu cơ. Trong nghiên cứu này, USO-2-Ni và ZIF-67 được tổng hợp bằng phương pháp nhiệt dung môi và kiểm tra cấu trúc bằng các phương pháp phân tích như XRD, SEM, TEM, TGA, FT-IR, và ICP. Cả hai vật liệu đều có diện tích bề mặt riêng lớn và độ bền nhiệt cao, phù hợp cho ứng dụng xúc tác.
2.1. Tổng hợp và đặc tính của USO 2 Ni
USO-2-Ni được tổng hợp từ phản ứng giữa nickel nitrate và ligand hữu cơ. Kết quả phân tích XRD và SEM cho thấy vật liệu có cấu trúc tinh thể đồng nhất và kích thước hạt nano. Phân tích TGA cho thấy vật liệu bền nhiệt đến 300°C, phù hợp cho các phản ứng xúc tác ở nhiệt độ cao.
2.2. Tổng hợp và đặc tính của ZIF 67
ZIF-67 được tổng hợp từ phản ứng giữa cobalt nitrate và 2-methylimidazole. Kết quả phân tích XRD và TEM cho thấy vật liệu có cấu trúc tinh thể giống zeolite. Phân tích TGA cho thấy vật liệu bền nhiệt đến 600°C, cao hơn so với các MOFs thông thường.
III. Tổng hợp hữu cơ
Tổng hợp hữu cơ là lĩnh vực ứng dụng chính của nghiên cứu này, với trọng tâm là các phản ứng ghép đôi Ullmann và đóng vòng tạo dẫn xuất quinazoline. Các phản ứng này được thực hiện với sự hỗ trợ của vật liệu khung cơ kim như USO-2-Ni và ZIF-67, mang lại hiệu suất cao và khả năng tái sử dụng xúc tác.
3.1. Phản ứng ghép đôi Ullmann
Phản ứng ghép đôi Ullmann giữa 4-nitrochlorobenzene và phenol được thực hiện với xúc tác USO-2-Ni. Kết quả cho thấy hiệu suất phản ứng đạt cao nhất ở nhiệt độ 100°C, với độ chuyển hóa lên đến 95%. Xúc tác này cũng thể hiện tính dị thể và khả năng tái sử dụng hiệu quả.
3.2. Phản ứng đóng vòng tạo dẫn xuất quinazoline
Phản ứng đóng vòng tạo dẫn xuất quinazoline từ 2-aminoacetophenone và benzylamine được thực hiện với xúc tác ZIF-67. Kết quả cho thấy hiệu suất phản ứng đạt cao nhất ở nhiệt độ 120°C, với độ chuyển hóa lên đến 90%. Xúc tác này cũng thể hiện tính dị thể và khả năng tái sử dụng hiệu quả.
IV. Ứng dụng thực tiễn
Nghiên cứu này có giá trị thực tiễn cao trong lĩnh vực công nghệ hóa học, đặc biệt là trong việc phát triển các vật liệu xúc tác mới cho tổng hợp hữu cơ. USO-2-Ni và ZIF-67 không chỉ mang lại hiệu suất phản ứng cao mà còn thân thiện với môi trường nhờ khả năng thu hồi và tái sử dụng. Điều này giúp giảm chi phí sản xuất và tác động tiêu cực đến môi trường.
4.1. Ứng dụng trong công nghiệp hóa chất
Vật liệu khung cơ kim như USO-2-Ni và ZIF-67 có tiềm năng lớn trong công nghiệp hóa chất, đặc biệt là trong các phản ứng tổng hợp hữu cơ phức tạp. Khả năng tái sử dụng và tính dị thể của chúng giúp giảm chi phí sản xuất và tăng hiệu quả kinh tế.
4.2. Ứng dụng trong nghiên cứu khoa học
Nghiên cứu này mở ra hướng đi mới trong việc phát triển các vật liệu xúc tác hiệu quả và thân thiện với môi trường. Các kết quả thu được có thể được áp dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ hóa học hữu cơ đến công nghệ vật liệu.
