Cuprospinel - Cuprospinel

Cuprospinel
Všeobecné
KategorieOxid minerální
Spinel skupina
Vzorec
(opakující se jednotka)		CuFe2Ó4 nebo (Cu, Mg) Fe2Ó4
Strunzova klasifikace4.BB.05
Krystalový systémIzometrické
Křišťálová třídaHexoctahedral (m3m)
Symbol HM: (4 / m 3 2 / m)
Vesmírná skupinaKrychlový
Vesmírná skupina: Fd3m
Identifikace
Hmotnost vzorce239,23 g / mol
BarvaČerná, šedá v odraženém světle
Krystalický zvykNepravidelná zrna, laminy zarostlé hematitem
Mohsova stupnice tvrdost6.5
LeskKovový
PruhČerná
DiaphaneityNeprůhledný
Specifická gravitace5 - 5.2
Optické vlastnostiIzotropní
Index lomun = 1,8
Reference[1][2][3]
Cuprospinel
Jména
Název IUPAC
Měď (2+) bis [oxido (oxo) železo
Ostatní jména
Oxid železitý měďnatý, kuprospinel, tetraoxid měďnatý železitý, ferit měďnatý
Identifikátory
ChemSpider
Pokud není uvedeno jinak, jsou uvedeny údaje o materiálech v nich standardní stav (při 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
☒N (co je šekY☒N ?)
Reference Infoboxu

Cuprospinel je minerál, který se přirozeně vyskytuje v Baie Verte, Newfoundland, Kanada.[1] Minerál byl nalezen v exponovaném stavu Ruda skládka, na pozemku Consolidated Rambler Mines Limited poblíž Baie Verte, Newfoundland. Minerál byl poprvé charakterizován Ernest Henry Nickel, a mineralog s ministerstvem energetiky, dolů a zdrojů v Austrálii v roce 1973.[7][8]

Cuprospinel je inverzní spinel se vzorcem CuFe2Ó4, kde měď nahrazuje část železa kationty ve struktuře.[9][10] Jeho struktura je podobná struktuře magnetit, Fe3Ó4, přesto s mírně odlišnými chemickými a fyzikálními vlastnostmi kvůli přítomnosti mědi.

Strukturální vlastnosti

Cuprospinel, stejně jako mnoho jiných spinelů, má obecný vzorec AB2Ó4. Cuprospinel je v tom naopak inverzní spinel A prvek, v tomto případě měď (Cu2+), zabírá pouze oktaedrické stránky ve struktuře a B živel, žehlička (Fe2+ a Fe3+), je rozdělen mezi osmistěn a čtyřboká místa ve struktuře.[11][12] Fe2+ druhy obsadí některá z oktaedrických lokalit a bude tam jen Fe3+ na čtyřboká místa.[11][12] Cuprospinel přijímá obojí krychlový a čtyřúhelníkový fáze v pokojová teplota při zvýšení teploty je kubická forma nejstabilnější.[9][12]

Magnetické vlastnosti

CuFe2Ó4 nanočástice byly charakterizovány jako superparamagnetické materiály s nasycenou magnetizací Ms = 49 emu g−1,[13] zbytková magnetizace (Mr = 11,66 emu g−1) a koercitivita (HC = 63,1 mT).[14] Magnetické vlastnosti CuFe2Ó4 korelovaly velikost částic. Zejména snížení nasycené magnetizace a remanence odpovídá snížení velikosti CuFe2Ó4, zatímco koercivita se zvyšuje.[15]

Syntéza na pevné fázi

Spinel CuFe2Ó4 byl syntetizován syntézou na pevné fázi při vysoké teplotě. Ve zvláštním postupu pro tento typ syntézy je stechiometrická směs Cu (CH3VRKAT)2· A FeC2Ó2 byl společně rozemlet a míchán v rozpouštědle. Po odpaření rozpouštědla byl prášek zahříván v peci při konstantní teplotě kolem 900 ° C v prostředí vzduch-atmosféra. Potom se výsledná směs pomalu ochladila na teplotu místnosti, aby se získala stabilní struktura spinelu.[15]

Hydrotermální syntéza

Hydrotermální metoda je široce známá jako účinný způsob syntézy oxidu spinelu, zejména pro měďnatý oxid železa. Typicky byl NaOH po kapkách přidán k roztoku Fe3+(Fe (NE3)3 nebo Fe (acac)3) a Cu2+ (Cu (č3)2 nebo CuCl2) v triethylenglykolu při teplotě místnosti za stálého míchání, dokud se zcela nevytvoří červeno-černá sraženina. Výsledná směs se umístila do ultrazvukové lázně, aby se dobře promíchala, a poté se zahřála v peci při vysoké teplotě. Konečné produkty se poté promyly diethyletherem, ethylacetátem, ethanolem a deionizovanou vodou a poté se sušily ve vakuu za získání oxidových částic.[16][17][18]

Použití

Cuprospinel se používá v různých průmyslových procesech jako a katalyzátor. Příkladem je reakce posunu voda-plyn:[12]

H2Ó(proti) + CO(G) → CO2(G) + H2(G)

Tato reakce je zvláště důležitá pro výroba vodíku a obohacení.

Zájem o cuprospinel vyvstává v tom, že magnetit je široce používaný katalyzátor pro mnoho průmyslových chemických reakcí, jako je Fischer – Tropschův proces, Proces Haber – Bosch a reakce posunu voda-plyn. Ukázalo se, že dopingový magnetit s jinými prvky mu dává různé chemické a fyzikální vlastnosti; tyto různé vlastnosti někdy umožňují, aby katalyzátor pracoval efektivněji. Jako takový je cuprospinel v podstatě magnetit dopovaný mědí, což zvyšuje vlastnosti posunu vodního plynu magnetitu jako heterogenního katalyzátoru.[19][20]

Recyklovatelný katalyzátor pro organické reakce

V posledních letech proběhly různé výzkumy směřující k heterogenní katalytické schopnosti CuFe2Ó4 v organické syntéze byly publikovány od tradičních reakcí po moderní organokovovou transformaci.[21] Využitím výhod magnetické povahy může být katalyzátor oddělen jednoduše vnějším magnetismem, což může překonat potíže s oddělením kovového katalyzátoru v měřítku od reakční směsi. Zejména pouze přiložením magnetické tyče na vnější nádobu lze katalyzátor snadno držet na okraji nádoby při odstraňování roztoku a promývání částic.[13] Získané částice lze snadno použít pro další katalytické cykly. Kromě toho může být katalytické místo využíváno buď v měděném nebo železném středu kvůli velkoplošné ploše nanočástic, což vede k širokému rozsahu pro použití tohoto materiálu v různých typech reakcí.[17][21]

Katalyzátor pro vícesložkovou reakci (MCR)

Nano CuFe2Ó4 byl použit jako katalyzátor při syntéze fluoru obsahujícího deriváty spirohexahydropyrimidinu v jedné nádobě. Bylo také pozorováno, že katalyzátor může být znovu použit pětkrát bez významné ztráty katalytické aktivity po každém běhu. V reakci hraje železo zásadní roli v koordinaci s karbonylovou skupinou za účelem zvýšení elektrofilní vlastnosti, což může usnadnit reakční podmínky a zvýšit rychlost reakce.[17]

Syntéza fluoru obsahující deriváty spirohexahydropyrimidinu v jedné nádobě. Převzato z Dandia, Jain & Sharma 2013.[17]

Další příklad pro MCR využívající CuFe2Ó4 byl publikován ve výzkumu zaměřeném na kopulaci A3 aldehydů, aminu s fenylacetylenem za vzniku odpovídajících propargylaminů. Katalyzátor lze znovu použít třikrát bez výrazného snížení výtěžku reakce.[22]

A3 kondenzace aldehydů, aminu s fenylacetylenem. Převzato z Tamaddon & Amirpoor 2013.[23]

Katalyzátor pro křížovou vazbu C-O

Pallapothula a spolupracovníci předvedli CuFe2Ó4 je účinným katalyzátorem pro C-O křížovou vazbu mezi fenoly a arylhalogenidy. Katalyzátor vykazoval vynikající aktivitu ve srovnání s jinými oxidy nanočástic, jako je Co3Ó4, SnO2, Sb2Ó3.[24] Kromě toho může katalyzátor těžit z aplikace křížové vazby C-O na alkylalkoholech, což vede k rozšíření rozsahu transformace.[25]

C-O křížová vazba mezi fenoly a arylhalogenidy. Převzato z Yang a kol. 2013.[25]

Katalyzátor pro aktivaci CH

Nano CuFe2Ó4 katalyzátoru byla prokázána jeho aktivita pro aktivaci C-H v reakci Mannichova typu. V mechanistické studii hraje měď významnou roli při generování radikálu z TBHP a aktivaci C-H ze substituovaného alkinu. V této reakci bylo centrum železa považováno za magnetický zdroj a tato hypotéza byla prokázána experimentem, ve kterém byl použit magnetický Fe3O4, ale nedokázal katalyzovat reakci v nepřítomnosti centra mědi.[16]

Aktivace CH v reakci Mannichova typu. Převzato z Nguyen a kol. 2014.[16]

Další reakce

CuFe2Ó4 lze také použít pro štěpení C-C a-arylací mezi acetylacetonem s jodbenzenem. Fenylacetonový produkt byl získán s vynikajícím výtěžkem při 99% a 95% selektivitě pozorované u hlavního produktu ve srovnání s 3-fenyl-2,4-pentandionem jako vedlejším produktem. Výsledky XRD byly pozorovány, že krystalová struktura katalyzátoru zůstala po šestém běhu nezměněna, zatímco katalytická aktivita mírně poklesla při 97% konverzi v konečném běhu. V této reakci mechanistická studie ukázala, že katalytický cyklus začal z CuII na CuJá a poté oxiduje na CuII aryljodem.[13]

Arylace mezi acetylacetonem s jodbenzenem. Převzato z Nguyen a kol. 2014.[13]

Role mědi byla dále zdůrazněna při kopulační reakci ortho-arylovaných fenolů a dialkylformamidů. Bylo pozorováno, že došlo k jednoelektronovému oxidačnímu přidání mědiII na měďIII radikálním krokem, poté transformován zpět na měďI redukční eliminací v přítomnosti kyslíku nebo peroxidu. Katalyzátor lze znovu použít 9krát bez významné ztráty katalytických aktivit.[26]

Vazebná reakce ortho-arylovaných fenolů a dialkylformamidů. Převzato z Nguyen a kol. 2017.[26]

Synergický účinek katalytické aktivity

Zejména byl prokázán synergický účinek pro případ CuFe2Ó4 v Sonogashirově reakci. Centrum Fe i Cu přispívá k katalytické aktivitě transformace mezi arylhalogenidem a substituovanými alkyny. Produkt byl získán se 70% výtěžkem v přítomnosti Nano CuFe2Ó4, zatímco při použití CuO a Fe byl pozorován pouze 25% výtěžek a <1% výtěžek3Ó4 resp.[27]

Transformace mezi arylhalogenidem a substituovanými alkyny

Reference

  1. ^ A b "Cuprospinel" (PDF). Zveřejňování minerálních údajů. Citováno 13. října 2010.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
  2. ^ Mindat.org
  3. ^ Webminerální data
  4. ^ Sigmal Aldrich
  5. ^ Chemspider
  6. ^ Pubchem
  7. ^ Bříza, William D. „Who's Who in Mineral Names“ (PDF). RocksAndMinerals.org. Archivovány od originál (PDF) dne 6. července 2011. Citováno 13. října 2010.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
  8. ^ Fleischer, Michael; Mandarino, Joseph A. (1974). „Nové názvy minerálů *“ (PDF). Americký mineralog. 59: 381–384. Citováno 13. října 2010.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
  9. ^ A b Ohnishi, Haruyuki; Teranishi, Teruo (1961). "Zkreslení krystalů v měděné feritové-chromitové sérii". Journal of the Physical Society of Japan. 16 (1): 35–43. Bibcode:1961JPSJ ... 16 ... 35O. doi:10.1143 / JPSJ.16.35.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
  10. ^ Tranquada, J. M .; Heald, S. M .; Moodenbaugh, A. R. (1987). „Studie rentgenové absorpce blízké hrany La2−X(Ba, Sr)XCuO4−y supravodiče ". Fyzický přehled B. 36 (10): 5263–5274. Bibcode:1987PhRvB..36.5263T. doi:10.1103 / PhysRevB.36.5263. PMID  9942162.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
  11. ^ A b Krishnan, Venkata; Selvan, Ramakrishnan Kalai; Augustin, Chanassary Ouso; Gedanken, Aharon; Bertagnolli, Helmut (2007). „EXAFS a XANES Vyšetřování CuFe2Ó4 Nanočástice a CuFe2Ó4- MO2 (M = Sn, Ce) nanokompozity " (PDF). The Journal of Physical Chemistry C. 111 (45): 16724–16733. doi:10.1021 / jp073746t.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
  12. ^ A b C d Estrella, Michael; Barrio, Laura; Zhou, Gong; Wang, Xianqin; Wang, Qi; Wen, Wen; Hanson, Jonathan C .; Frenkel, Anatoly I .; Rodriguez, José A. (2009). "Charakterizace CuFe in situ2Ó4 a Cu / Fe3Ó4 Katalyzátory pro posun vody a plynu “. The Journal of Physical Chemistry C. 113 (32): 14411–14417. doi:10.1021 / jp903818q.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
  13. ^ A b C d Nguyen, Anh T .; Nguyen, Lan T. M .; Nguyen, Chung K .; Truong, Thanh; Phan, Nam T. S. (2014). „Superparamagnetické měděné feritové nanočástice jako účinný heterogenní katalyzátor pro α-arylaci 1,3-diketonů štěpením C – C“. ChemCatChem. 6 (3): 815–823. doi:10.1002 / cctc.201300708. S2CID  97619313.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
  14. ^ Anandan, S .; Selvamani, T .; Prasad, G. Guru; M. Asiri, A .; J. Wu, J. (2017). "Magnetické a katalytické vlastnosti inverzního spinelu CuFe2Ó4 nanočástice ". Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 432: 437–443. Bibcode:2017JMMM..432..437A. doi:10.1016 / j.jmmm.2017.02.026.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
  15. ^ A b Zhang, Wenjuan; Xue, Yongqiang; Cui, Zixiang (2017). "Vliv velikosti na strukturální přechod a magnetické vlastnosti Nano-CuFe2Ó4". Výzkum průmyslové a inženýrské chemie. 56 (46): 13760–13765. doi:10.1021 / acs.iecr.7b03468.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
  16. ^ A b C Nguyen, Anh T .; Pham, Lam T .; Phan, Nam T. S .; Truong, Thanh (2014). „Efektivní a robustní superparamagnetická měděná feritová nanočástice katalyzovaná sekvenční methylace a aktivace C – H: syntéza propargylaminu bez aldehydů“. Věda a technologie katalýzy. 4 (12): 4281–4288. doi:10.1039 / C4CY00753K.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
  17. ^ A b C d Dandia, Anshu; Jain, Anuj K .; Sharma, Sonam (2013). „CuFe2Ó4 nanočástice jako vysoce účinný a magneticky obnovitelný katalyzátor pro syntézu léčivých privilegovaných spiropyrimidinových skeletů “. RSC zálohy. 3 (9): 2924. doi:10.1039 / C2RA22477A.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
  18. ^ Phuruangrat, Anukorn; Kuntalue, Budsabong; Thongtem, Somchai; Thongtem, Titipun (2016). „Syntéza kubického CuFe2Ó4 nanočástice mikrovlnně-hydrotermální metodou a jejich magnetické vlastnosti ". Materiály Dopisy. 167: 65–68. doi:10.1016 / j.matlet.2016.01.005.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
  19. ^ de Souza, Alexilda Oliveira; do Carmo Rangel, Maria (2003). "Katalytická aktivita hliníku a mědi dotovaného magnetitu při vysokoteplotní posunové reakci". Reakční kinetika a katalýza. 79 (1): 175–180. doi:10.1023 / A: 1024132406523. S2CID  189864191.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
  20. ^ Quadro, Emerentino Brazílie; Dias, Maria de Lourdes Ribeiro; Amorim, Adelaide Maria Mendonça; Rangel, Maria do Carmo (1999). „Chromem a mědí dopované magnetitové katalyzátory pro vysokoteplotní posuvnou reakci“. Journal of the Brazilian Chemical Society. 10 (1): 51–59. doi:10.1590 / S0103-50531999000100009.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
  21. ^ A b Karimi, Babak; Mansouri, Fariborz; Mirzaei, Hamid M. (2015). „Nedávné aplikace magneticky obnovitelných nanokatalyzátorů v C – C a C – X vazebných reakcích“. ChemCatChem. 7 (12): 1736–1789. doi:10.1002 / cctc.201403057. S2CID  97232790.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
  22. ^ Kantam, M. Lakshmi; Yadav, Jagjit; Laha, Soumi; Jha, Shailendra (2009). „ChemInform Abstract: Synthesis of Propargylamines by Three-Component Coupling of Aldehydes, Amines and Alkynes Catalyzed by Magnetically Separable Copper Ferrite Nanoparticles“. ChemInform. 40 (49). doi:10,1002 / brada. 200949091.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
  23. ^ Tamaddon, Fatemeh; Amirpoor, Farideh (2013). „Vylepšená syntéza derivátů pyrrolu ve vodném prostředí bez katalyzátorů“. Synlett. 24 (14): 1791–1794. doi:10.1055 / s-0033-1339294.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
  24. ^ Zhang, Rongzhao; Liu, Jianming; Wang, Shoufeng; Niu, Jianzhong; Xia, Chungu; Sun, Wei (2011). „Magnetický CuFe2Ó4 Nanočástice jako účinný katalyzátor pro C – O křížové vazby fenolů s arylhalogenidy “. ChemCatChem. 3 (1): 146–149. doi:10.1002 / cctc.201000254. S2CID  97538800.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
  25. ^ A b Yang, Shuliang; Xie, Wenbing; Zhou, Hua; Wu, Cunqi; Yang, Yanqin; Niu, Jiajia; Yang, Wei; Xu, Jingwei (2013). „Alkoxylační reakce arylhalogenidů katalyzované magnetickým feritem mědi“. Čtyřstěn. 69 (16): 3415–3418. doi:10.1016 / j.tet.2013.02.077.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
  26. ^ A b Nguyen, Chung K .; Nguyen, Ngon N .; Tran, Kien N .; Nguyen, Viet D .; Nguyen, Tung T .; Le, Dung T .; Phan, Nam T.S. (2017). „Superparamagnetické nanočástice na bázi feritu mědi jako heterogenní katalyzátor pro přímé spojení fenol / formamid“. Čtyřstěn dopisy. 58 (34): 3370–3373. doi:10.1016 / j.tetlet.2017.07.049.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
  27. ^ Panda, Niranjan; Jena, Ashis Kumar; Mohapatra, Sasmita (2011). "Bezligandové Fe-Cu kokatalyzované křížové spojení terminálních alkynů s arylhalogenidy". Chemické dopisy. 40 (9): 956–958. doi:10.1246 / cl.2011.956.CS1 maint: ref = harv (odkaz)