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Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 14865 (2022) Citare questo articolo

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In questo studio, viene presentato e suggerito un nuovo sistema catalitico magnetico eterogeneo basato su nanoparticelle di ossido di ferro funzionalizzate con selenio per facilitare la formazione di legami ammidici/peptidici. Il nanocatalizzatore preparato, intitolato “Fe3O4/SiO2-DSBA” (DSBA sta per 2,2′-diselanediylbis benzamide), è stato caratterizzato con precisione per identificarne le proprietà fisico-chimiche. Come punto più brillante, si possono menzionare le prestazioni catalitiche del sistema progettato, dove solo una piccola quantità di Fe3O4/SiO2-DSBA (0,25% in moli) ha prodotto una resa di reazione dell'89%, in condizioni blande. Inoltre, data l'elevata importanza della chimica verde, dovrebbe essere notata la conveniente separazione delle particelle del catalizzatore dal mezzo di reazione attraverso la sua proprietà paramagnetica (ca. 30 emu·g−1). Questa particolare proprietà ha fornito un'opportunità sostanziale per recuperare le particelle del catalizzatore e riutilizzarle con successo per almeno tre volte consecutive. Inoltre, poiché mostra altre eccellenze, come vantaggi economici e non tossicità, si consiglia di ampliare e sfruttare il sistema catalitico presentato nelle applicazioni industriali.

Nel corso del tempo, i sistemi catalitici eterogenei su scala micro e nanometrica hanno attirato una crescente attenzione per diversi motivi, tra cui alta efficienza, conveniente separazione, riciclabilità in pozzo, biocompatibilità e coerenza con i principi della chimica verde1,2,3. Tra le varie tipologie di catalizzatori eterogenei, molto interessanti sono i sistemi basati su nanoparticelle magnetiche di ossido di ferro (Fe3O4), perché facilmente sintetizzabili. Inoltre, le loro superfici possono essere modificate e possono essere separati dal mezzo di reazione utilizzando un magnete esterno. Questa facile separazione dal mezzo di reazione è un passo importante verso la chimica verde perché il requisito dell'utilizzo di solventi organici nei processi di separazione e purificazione è completamente soddisfatto4,5,6,7,8,9,10,11. Il rivestimento superficiale delle nanoparticelle Fe3O4 con diversi strati aumenta il rapporto dell'area superficiale e fa sì che la loro superficie sia strettamente funzionalizzata con i gruppi funzionali desiderati12.

Gli organocatalizzatori sono piccole molecole organiche che possono catalizzare le reazioni sintetiche in assenza di metalli o ioni metallici13,14,15,16,17. Una delle maggiori sfide legate all'utilizzo degli organocatalizzatori è la loro separazione e riutilizzabilità. La stabilizzazione di questi catalizzatori sulle superfici delle nanoparticelle, in particolare le nanoparticelle magnetiche Fe3O4, può rappresentare un'eccellente soluzione per affrontare questa sfida18,19,20. Oltre a fornire un solido supporto per i siti catalitici organici, l'utilizzo di Fe3O4 presenta numerosi altri vantaggi rispetto alle altre specie. Dall'aspetto chimico, poiché la superficie delle nanoparticelle Fe3O4 è piena di gruppi funzionali idrossilici, sarebbe del tutto possibile funzionalizzarla con specie diverse attraverso il legame covalente21,22. Finora ci sono stati diversi studi sulla composizione dei composti organici con le nanoparticelle Fe3O4, attraverso i quali sono stati osservati grandi risultati in diverse applicazioni23,24. Dall'aspetto fisico, la stabilità strutturale e la resistenza termica (e anche la resistenza all'ossidazione e al degrado) sono uno dei principali fattori che contribuiscono all'ampio utilizzo delle nanoparticelle Fe3O425. Le eccellenze citate hanno previsto questa possibilità di riciclare questi materiali e riutilizzarli più volte26. Inoltre, le grandi proprietà paramagnetiche delle nanoparticelle Fe3O4 hanno portato ad una separazione più conveniente, che è di grande importanza nel campo della catalisi27. Inoltre, esistono giustificazioni biologiche e ambientali (ad esempio non tossicità, biocompatibilità e biodegradabilità) per l'uso di questi materiali che sono seriamente prese in considerazione dai principi della chimica verde28,29. Tuttavia, in questo lavoro, intendiamo trarre vantaggio da quelle caratteristiche che sono efficaci nell'ambito della catalisi.