மீண்டும் பயன்படுத்தக்கூடிய வினையூக்கி மூலம் C-H பிணைப்பு ஆக்சிஜனேற்றம்

கரைப்பான்கள், பாலிமெரிக் பொருட்கள், வேளாண் இரசாயனங்கள், மருந்துகள் மற்றும் நுண்ணிய இரசாயனங்களுக்கான இடைநிலைகள் உள்ளிட்ட பல்வேறு இரசாயனங்கள் உற்பத்தியில் ஆக்ஸிஜனேற்ற C-H (கார்பன்-ஹைட்ரஜன்) பிணைப்பு செயல்பாட்டின் முக்கிய படியாகும். வெறுமனே, ஹைட்ரஜன் பெராக்சைடு (H₂O₂), குளோரின் (Cl₂) அல்லது நைட்ரிக் அமிலம் (HNO₃) போன்ற அதிக விலையுயர்ந்த மற்றும் சுற்றுச்சூழலுக்கு வரி விதிக்கும் பொருட்களைப் பயன்படுத்துவதைத் தவிர்க்க, இந்த செயல்பாட்டில் ஆக்ஸிஜனை (O₂) மட்டுமே ஆக்ஸிஜனேற்றியாகப் பயன்படுத்த வேண்டும்.

இருப்பினும், O₂ ஆக்ஸிஜனேற்றியாகப் பயன்படுத்துவது சில தீர்க்கப்படாத சிக்கல்களை ஏற்படுத்துகிறது. பெரும்பாலான பன்முக வினையூக்கிகள் இன்னும் மறுசுழற்சி செய்யப்படவில்லை அல்லது மீண்டும் பயன்படுத்த முடியாது. அவை அதிக வெப்பநிலையில், அதிக அழுத்தத்தின் கீழ் பயன்படுத்தப்பட வேண்டும், அல்லது அவை நச்சுப் பொருட்களைப் பயன்படுத்த வேண்டும். இதன் விளைவாக, இந்த வினையூக்கி அமைப்புகளுக்கான சாத்தியமான பயன்பாடுகளின் நோக்கத்தை இது கட்டுப்படுத்துகிறது. அளவிடுதல் மற்றும் செயல்திறன் ஆகியவை குறைக்கப்படுகின்றன.

இந்தப் பின்னணியில், இணைப் பேராசிரியர் கெய்கோ கமதா தலைமையிலான டோக்கியோ டெக்கின் விஞ்ஞானிகள் குழு சமீபத்தில் ஆக்ஸிஜனேற்ற C-H செயல்பாட்டிற்கான ஒரு நம்பிக்கைக்குரிய வினையூக்கியைக் கண்டறிந்தது. ACS அப்ளைடு மெட்டீரியல்ஸ் & இன்டர்ஃபேஸ்ஸில் வெளியிடப்பட்ட அவர்களின் ஆராய்ச்சி இதழில் விளக்கப்பட்டுள்ளபடி, படிக அணிக்கோவையில் தனிமைப்படுத்தப்பட்ட மாங்கனீசு (Mn) இனங்கள் லேசான எதிர்வினை நிலைகளிலும் கூட, முந்தைய அறிவின் அடிப்படையில் உயர் செயல்திறன் கொண்ட பன்முகத்தன்மை கொண்ட வினையூக்கியாக இருக்கலாம் என்று ஊகிக்கப்பட்டது.

Mg₆MnO₈ என்ற வினையூக்கியான முர்டோகைட் வகை Mg₆MnO₈, மெக்னீசியம் ஆக்சைட்டின் (MgO) மாற்று அடுக்குகள் பாறை உப்பு அமைப்பினை ஆராய்ந்தனர். மாலிக் அமிலத்தின் உதவியுடன் செலவு குறைந்த சோல்-ஜெல் முறையைப் பயன்படுத்தி, குழு மிக அதிக பரப்பளவு கொண்ட Mg₆MnO₈ நானோ துகள்களைத் தயாரித்தது. டாக்டர். கமதா விவரிப்பதாவது: “Mg₆MnO₈ வினையூக்கியின் குறிப்பிட்ட பரப்பளவு 104 m²/g ஆகும். இது முன்னர் அறிவிக்கப்பட்ட முறைகளைப் பயன்படுத்தி தொகுக்கப்பட்ட Mg₆MnO₈ ஐ விட ஏழு மடங்கு அதிகம்.”

மெக்னீசியம் நானோ பொருட்கள் அறை வெப்பநிலை மற்றும் வளிமண்டல அழுத்தத்தில் பல்வேறு அல்கைல்பென்சீன் சேர்மங்களின் C-H பிணைப்புகளின் தேர்ந்தெடுக்கப்பட்ட ஆக்சிஜனேற்றங்களை திறமையாக வினையூக்க முடியும் என்று ஆராய்ச்சியாளர்கள் காட்டினர். தற்போதுள்ள Mn-அடிப்படையிலான வினையூக்கியைப் பயன்படுத்தி அடையப்பட்டதை விட இறுதிப் பொருளின் விளைச்சல் அதிகமாக இருந்தது. இறுதியாக, Mg₆MnO₈ நானோ துகள்களை வடிகட்டுவதன் மூலம் எளிதாக மீட்டெடுக்க முடியும், பின்னர் பல பயன்பாடுகளுக்குப் பிறகு அவற்றின் வினையூக்க செயல்பாட்டில் வெளிப்படையான இழப்பு இல்லாமல் மீண்டும் பயன்படுத்த முடியும்.

தொடர்ச்சியான இயக்கவியல் மற்றும் இயந்திரவியல் ஆய்வுகள் மூலம் அவர்களின் வினையூக்கி ஏன் நன்றாக வேலை செய்கிறது என்பதைப் புரிந்துகொள்ள முயன்றனர். ஒரு படிக MgO அடிப்படை அணிக்கோவையில் சிவப்பு ஆக்சைடுகளை (Mn இனங்கள், இங்கே) தனிமைப்படுத்துவது லேசான நிலைமைகளின் கீழ் ஆக்ஸிஜனேற்ற C-H செயல்பாடுகளை அடைவதற்கு ஒரு முக்கிய காரணியாக இருப்பது கண்டறியப்பட்டது.

முடிவுகள் மற்றும் அவற்றின் கண்டுபிடிப்புகள் மூலம் திருப்தியடைந்த டாக்டர். கமதா கூறுவதாவது: “எங்கள் அணுகுமுறை பரந்த அடி மூலக்கூறு நோக்கங்களுடன் மிகவும் திறமையான பன்முகத்தன்மை கொண்ட ஆக்சிஜனேற்ற அமைப்புகளை உருவாக்குவதற்கான ஒரு நம்பிக்கைக்குரிய உத்தியை உருவாக்குகிறது.”

References:

• Yadav, P., Gupta, R., Arora, G., Srivastava, A., & Sharma, R. K. (2022). Synthesis of phenol esters by direct CH activation of aldehydes using highly efficient and reusable copper immobilized polyimide covalent organic framework (Cu@ PI-COF). New Journal of Chemistry.
• Mohebali, H., Moussavi, G., Karimi, M., & Giannakis, S. (2022). Catalytic ozonation of Acetaminophen with a magnetic, Cerium-based Metal-Organic Framework as a novel, easily-separable nanocomposite. Chemical Engineering Journal, 134614.
• Wang, Q., Yao, X., Tang, S., Lu, X., Zhang, X., & Zhang, S. (2012). Urea as an efficient and reusable catalyst for the glycolysis of poly (ethylene terephthalate) wastes and the role of hydrogen bond in this process. Green Chemistry, 14(9), 2559-2566.
• Mallat, T., & Baiker, A. (2004). Oxidation of alcohols with molecular oxygen on solid catalysts. Chemical reviews, 104(6), 3037-3058.
• Liu, M., Wu, J., & Hou, H. (2019). Metal–Organic Framework (MOF)‐based materials as heterogeneous catalysts for C− H bond activation. Chemistry–A European Journal, 25(12), 2935-2948.