DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-35422-8
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41644964
تاريخ النشر: 2026-02-06
المؤلف: Reza Ghorbannia وآخرون
الموضوع الرئيسي: التخليق متعدد المكونات للدورات غير المتجانسة
نظرة عامة
تقدم البحث محفز نانوي متعدد الوظائف جديد، سائل أيوني مضاف إليه ديثيوكاربامات مدعوم على أكسيد الجرافين المغناطيسي (MGO-IL-DTC)، مصمم لتعزيز النشاط الحفزي، والمتانة، وإعادة الاستخدام في تطبيقات الكيمياء الخضراء. تستفيد هذه البنية المبتكرة من المساحة السطحية العالية وقدرات الاسترداد المغناطيسي لأكسيد الجرافين المغناطيسي، والبيئات الدقيقة الأيونية القابلة للتعديل التي توفرها السوائل الأيونية، ومواقع التنسيق الغنية بالإلكترونات التي تقدمها وحدات ديثيوكاربامات. أكدت تقنيات التوصيف، بما في ذلك مطيافية الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (FT-IR)، والتحليل الحراري الوزني (TGA)، والمجهر الإلكتروني الماسح (SEM)، سلامة الهيكل ووظيفة المحفز.
أظهر محفز MGO-IL-DTC أداءً استثنائيًا في تخليق مشتقات 1,4-ديهيدروبيريدين (1,4-DHP) من مجموعة متنوعة من الركائز، محققًا عوائد عالية (85-95%) في غضون 10-15 دقيقة تحت ظروف معتدلة. من المهم أن المحفز أظهر القدرة على الاسترداد المغناطيسي وإعادة الاستخدام لمدة لا تقل عن خمس دورات دون فقدان كبير في النشاط الحفزي. تؤكد هذه النتائج على إمكانيات MGO-IL-DTC كمنصة قوية وقابلة للتعديل للتخليق العضوي المستدام، متماشية مع مبادئ الكيمياء الخضراء وتقدم حلاً واعدًا للتحديات المرتبطة بالأنظمة الحفزية التقليدية.
الطرق
في هذه الدراسة، تم استخدام مجموعة متنوعة من المواد الكيميائية ذات الجودة التحليلية، بما في ذلك أكسيد الجرافين النانوي، وكبريتيد الكربون، والعديد من المذيبات مثل الإيثانول والتتراهيدروفوران، جميعها مصدرها شركة ميرك. تم إجراء تخليق وتوصيف المحفزات باستخدام تقنيات متعددة، بما في ذلك مطيافية الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (FT-IR)، وتحليل حيود الأشعة السينية (XRD)، والتحليل الحراري الوزني (TGA)، والمجهر الإلكتروني الماسح (SEM)، ومغناطيسية العينة المهتزة (VSM).
تم دعم التحليل الهيكلي للمنتجات المصنعة بمزيد من خلال مطيافية الرنين المغناطيسي النووي ¹H و ¹³C (NMR) التي أجريت على مطياف Bruker-300 Avance III، إلى جانب مقارنات نقطة الانصهار باستخدام جهاز Electrothermal IA9100. قدمت هذه الطرق مجتمعة توصيفًا شاملاً للمواد المعنية في الدراسة، مما يضمن موثوقية النتائج.
النتائج
في هذه الدراسة، نجح المؤلفون في تطوير محفز غير متجانس من خلال دعم سائل أيوني مضاف إليه ديثيوكاربامات على أكسيد الجرافين المغناطيسي (MGO)، مما أدى إلى إنتاج MGO-IL-DTC من خلال تخليق متعدد الخطوات يتضمن تزيين جزيئات نانو Fe₃O₄ على أكسيد الجرافين، تلاه إضافة ديثيوكاربامات. أظهر المحفز الناتج MGO-IL-DTC أداءً حفزيًا معززًا للتحولات العضوية بسبب التأثيرات التآزرية لأيونات الإيميدازوليوم وأكسيد الجرافين المغناطيسي، مما يسهل نقل الإلكترونات، وتفعيل الركيزة، واستقرار الوسائط.
تسلط الدراسة الضوء على مزايا هذا النظام الحفزي الهجين، بما في ذلك خصائص السائل الأيوني القابلة للتعديل، والتشتت الموحد، وإمكانية إعادة الاستخدام للدعم المغناطيسي، مما يؤدي إلى تحسين الاستقرار والنشاط الحفزي مقارنةً بالمحفزات التقليدية. بالإضافة إلى ذلك، تم إجراء التوصيف الهيكلي لمشتقات 1,4-ديهيدروبيريدين المصنعة باستخدام مطيافية ¹H و ¹³C NMR، مما يكشف عن ثوابت الاقتران (قيم J) بين 6 إلى 18 هرتز. تُعزى هذه التغيرات في قيم J إلى البيئة الإلكترونية والترتيب المكاني للبروتونات داخل الإطار الجزيئي، المتأثر بالبدائل والتفاعلات الاستيريو، بما يتماشى مع المركبات المبلغ عنها سابقًا. بشكل عام، تؤكد النتائج على إمكانيات MGO-IL-DTC كمحفز فعال، انتقائي، وقابل لإعادة الاستخدام للتطبيقات الصناعية والتركيبية.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم تخليق سائل أيوني مضاف إليه ديثيوكاربامات جديد مدعوم على أكسيد الجرافين المغناطيسي (MGO-IL-DTC) وتوصيفه من حيث كفاءته الحفزية في التخليق متعدد المكونات لمشتقات 1,4-ديهيدروبيريدين. شملت التحضيرات إضافة ديثيوكاربامات إلى MGO باستخدام 3-كلوروبروبيل تريميثوكسي سيلاين تلاه تثبيت السائل الأيوني، والذي تم تأكيده من خلال تقنيات توصيف متنوعة بما في ذلك FT-IR، TGA، VSM، XRD، وEDS. أظهر محفز MGO-IL-DTC نشاطًا حفزيًا ممتازًا تحت ظروف معتدلة، محققًا عوائد عالية في أوقات تفاعل قصيرة لتخليق مشتقات 1,4-DHP من ديميدون، وإيثيل أسيتوأسيتات، وأستات الأمونيوم، ومجموعة متنوعة من الألدهيدات العطرية.
أظهر المحفز مزايا ملحوظة، بما في ذلك سهولة الفصل المغناطيسي وإعادة الاستخدام عبر خمس دورات متتالية دون فقدان كبير في النشاط أو العائد. تسلط الدراسة الضوء على التأثيرات التآزرية للمكونات داخل MGO-IL-DTC، التي تعزز الأداء الحفزي من خلال تحسين تشتت المواقع النشطة واستقرار الوسائط. بشكل عام، تشير النتائج إلى أن MGO-IL-DTC يمثل منصة واعدة ومستدامة للتخليق العضوي، تجمع بين الكفاءة العالية والممارسات الصديقة للبيئة.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-35422-8
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41644964
Publication Date: 2026-02-06
Author(s): Reza Ghorbannia et al.
Primary Topic: Multicomponent Synthesis of Heterocycles
Overview
The research presents a novel multifunctional nanocatalyst, dithiocarbamate-functionalized ionic liquids supported on magnetic graphene oxide (MGO-IL-DTC), designed to enhance catalytic activity, durability, and recyclability in green chemistry applications. This innovative architecture leverages the high surface area and magnetic recovery capabilities of magnetic graphene oxide, the tunable ionic microenvironments provided by ionic liquids, and the electron-rich coordination sites introduced by dithiocarbamate moieties. Characterization techniques, including Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), thermogravimetric analysis (TGA), and scanning electron microscopy (SEM), confirmed the structural integrity and functionalization of the catalyst.
The MGO-IL-DTC nanocatalyst demonstrated exceptional performance in the synthesis of 1,4-dihydropyridine (1,4-DHP) derivatives from a variety of substrates, achieving high yields (85-95%) within 10-15 minutes under mild conditions. Importantly, the catalyst exhibited the ability to be magnetically recovered and reused for at least five cycles without significant loss of catalytic activity. These results underscore the potential of MGO-IL-DTC as a robust and modular platform for sustainable organic synthesis, aligning with the principles of green chemistry and offering a promising solution to the challenges associated with traditional catalytic systems.
Methods
In this study, a variety of analytical-grade chemicals were utilized, including Nano Graphene oxide, Carbon disulfide, and several solvents such as Ethanol and Tetrahydrofuran, all sourced from Merck Company. The synthesis and characterization of catalysts were conducted using multiple techniques, including Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR), X-ray Diffraction (XRD), Thermogravimetric Analysis (TGA), Scanning Electron Microscopy (SEM), and Vibrating Sample Magnetometry (VSM).
The structural analysis of the synthesized products was further supported by ¹H and ¹³C Nuclear Magnetic Resonance (NMR) spectroscopy conducted on a Bruker-300 Avance III spectrometer, alongside melting point comparisons using an Electrothermal IA9100 apparatus. These methods collectively provided a comprehensive characterization of the materials involved in the study, ensuring the reliability of the findings.
Results
In this study, the authors successfully developed a heterogeneous catalyst by supporting a functionalized imidazolinium ionic liquid onto magnetic graphene oxide (MGO), specifically producing MGO-IL-DTC through a multi-step synthesis involving the decoration of Fe₃O₄ nanoparticles onto graphene oxide, followed by functionalization with 3-Chloropropyltrimethoxysilane and subsequent reaction with a dithiocarbamate compound. The resulting MGO-IL-DTC catalyst demonstrated enhanced catalytic performance for organic transformations due to the synergistic effects of imidazolium cations and magnetic graphene oxide, which facilitate electron transfer, substrate activation, and intermediate stabilization.
The study highlights the advantages of this hybrid catalytic system, including tunable ionic liquid properties, uniform dispersion, and recyclability of the magnetic support, leading to improved stability and catalytic activity compared to traditional catalysts. Additionally, the structural characterization of synthesized 1,4-dihydropyridine derivatives was performed using ¹H and ¹³C NMR spectroscopy, revealing coupling constants (J values) between 6 to 18 Hz. These variations in J values are attributed to the electronic environment and spatial arrangement of protons within the molecular framework, influenced by substituents and steric interactions, consistent with previously reported compounds. Overall, the findings underscore the potential of MGO-IL-DTC as an efficient, selective, and recyclable catalyst for industrial and synthetic applications.
Discussion
In this study, a novel dithiocarbamate-functionalized ionic liquid supported on magnetic graphene oxide (MGO-IL-DTC) was synthesized and characterized for its catalytic efficiency in the multicomponent synthesis of 1,4-dihydropyridine derivatives. The preparation involved the functionalization of MGO with 3-chloropropyltrimethoxysilane followed by the immobilization of the ionic liquid, which was confirmed through various characterization techniques including FT-IR, TGA, VSM, XRD, and EDS. The MGO-IL-DTC catalyst demonstrated excellent catalytic activity under mild conditions, achieving high yields in short reaction times for the synthesis of 1,4-DHP derivatives from dimedone, ethyl acetoacetate, ammonium acetate, and diverse aryl aldehydes.
The catalyst exhibited notable advantages, including easy magnetic separation and reusability across five consecutive cycles without significant loss of activity or yield. The study highlights the synergistic effects of the components within the MGO-IL-DTC, which enhance catalytic performance through improved dispersion of active sites and stabilization of intermediates. Overall, the findings suggest that MGO-IL-DTC serves as a promising and sustainable platform for organic synthesis, combining high efficiency with environmentally friendly practices.