来自天然来源的多糖和铁前体被应用于通过机械化学研磨过程开发新的生物纳米复合材料。与用于合成氧化铁基纳米结构的其他方案相比，所提出的方法被证明是有利的。此外，从环境的角度来看，机械化学具有巨大的潜力，因为它能够减少化学合成中的溶剂问题。在苄醇氧化成苯甲醛和甲苯与苄基氯的烷基化中研究了所得纳米催化剂的催化活性。10分钟后，苄醇的微波辅助氧化转化率达到45％。经过3分钟和30分钟后，微波辅助和常规加热方法中甲苯烷基化的转化率均高于99％。在氧化和烷基化反应中苄醇和甲苯转化为有价值的产物揭示了木质纤维素生物质的有价值的潜在方法。
关键词： 烷基化; 苯甲醇; 苄基氯; 氧化铁; 机械力; 微波辅助氧化; 多糖; 甲苯
多相催化在化学工业的发展中起着至关重要的作用。由于非均相催化剂具有更高的活性和选择性，它可以以经济和环保的方式设计更有效的工艺[1-3]。特别地，这些体系优于在均相中使用催化剂，因为后者难以分离和回收。非均相催化体系作为绿色化学领域研究活动的重点，为进一步开发环保催化工艺开辟了新的可能性[4]。在这个意义上，金属氧化物纳米粒子近几十年来已经被广泛研究，因为它们具有高活性，相互作用的特异性和有利的性质，包括高表面/体积比和它们的小尺寸[5-7]。此外，金属氧化物纳米颗粒具有易于回收和再利用的额外优点，这在许多应用中是必需的和期望的性质，例如催化，传感器甚至药物[2,6,8,9]。我们的研究小组最近制备了不同类型的金属和金属氧化物纳米粒子，它们在多相催化中有多种应用[10-14]。据报道，过渡金属和金属氧化物纳米颗粒在几种方法中具有高活性和选择性，例如氧化还原[15-17]，C-C和C-杂原子偶联[18,19]。特别是，过去几年来，氧化铁纳米粒子一直是我们小组研究的对象[10,20-22]。
催化领域的主要挑战之一是快速，廉价和有效地制备新材料以取代传统催化剂[5]。在这方面，与传统路线相比，机械化学合成已成为最有利和环保的替代方案之一[5,23]。这种新方法提供了无溶剂工艺的可能性，避免了与毒性相关的环境问题及其使用[24,25]。此外，由于极端简单，清洁，可重复性和多功能性，机械化学方案具有潜在的适用性，已经证明对于开发一系列先进的纳米材料非常有用，包括金属有机骨架（MOF），负载金属和金属氧化物纳米粒子和纳米复合材料，在催化，传感，药物传递和吸附方面具有不同的应用[25-28]。此外，还采用了机械化学方案，用单糖功能化磁性纳米粒子（MNPs）的表面[29]，并获得基于蛋白质和多巴胺（DA）涂覆的金属氧化物MNP的生物纳米复合材料[30,31]。
另一方面，大自然激励了许多科学家创新和设计新材料。自然界中的实体为能源生产，生物代谢物，照片处理和资源最大化所实现的小型化和效率一直是基于基本和理性理解模仿的有吸引力的选择[28,32]。在这种意义上，由于其高度功能化的结构，从真菌生物中提取的多糖可以用作纳米颗粒载体和牺牲模板。尽管这类碳水化合物已被广泛报道用于制备具有广泛应用的纳米复合材料，但由于它们的细胞毒性低且显着的生物相容性和稳定性[33-37]，他们的催化应用仍然缺乏。此外，这些天然产物由微生物，植物和动物容易且廉价地生产，并且在制备纳米材料中构成合成聚合物的绿色替代物，以改善环境问题[34]。因此，这项工作的目的之一是研究基于氧化铁的纳米复合材料和从Lentinus Tigrinus（PS4）获得的多糖S4的催化行为。
基于氧化铁和多糖的这种纳米粒子最有希望的特征是双功能，氧化[20]和酸性[21]，其反过来可以微调以设计用于氧化和酸催化过程的高活性材料。
在所有已知的氧化转化中，由于其广泛的工业应用，醇氧化成酮和醛已经引起了研究界的广泛关注[38,39]。尽管如此，由于重金属的使用，高度官能化化合物的选择性有限以及造成的热危害，氧化反应的规模扩大受到很大限制[40]。。因此，应进一步研究催化反应，以找到需要化学计量的无机氧化剂的常规氧化方法的新替代方案，所述无机氧化剂具有高毒性和污染性。为了尽量减少这些催化过程中的化学废物，科学界正朝着使用清洁氧化剂（“绿色氧化剂”）的方向发展，例如分子氧或H 2 O 2 [39]。因此，开发了使用具有非均相催化剂的清洁氧化剂，例如Fe 2 O 3纳米颗粒，负载在水滑石上的Ag纳米颗粒，负载在金属氧化物上的Au纳米颗粒，以及负载在SBA-15上的Pd纳米颗粒[41-44]。在这方面，据报道，两种无载体的“游离”氧化铁纳米颗粒[45]和负载的氧化铁基催化体系[46]都是用过氧化氢氧化醇的活性，稳定和选择性催化剂。具体地，为了研究取代的苄醇的氧化，苄醇氧化成苯甲醛引起了极大的兴趣。虽然苯甲醇在工业上是通过还原苯甲醛生产的，但由于其在化妆品，香水，食品，染料，农用化学品和药品中的多种应用，这种醛被认为是香草醛后第二重要的调味分子[41]。。关于酸催化过程，芳香烷基化反应是最通用和广泛研究的反应之一，可以获得广泛的化合物作为重要的中间体，香料，农用化学品和药物[47-49]。从这个意义上讲，众所周知，苯或其他芳香族底物的苄基化是制备有机合成中相关结构单元的重要步骤，如二苯基甲烷和取代二苯基甲烷[50]。。因此，许多研究都集中在新型路易斯酸催化剂的制备上，例如介孔结构沸石材料。特别是，在这项研究中，我们的研究小组将注意力集中在甲苯与苄基氯的烷基化上，因为路易斯酸如铁氧化物的存在促进了这一点[49]。
特别是这两个反应（分别是苯甲醇和甲苯的氧化和烷基化）可以在多相催化的木质纤维素生物质的增值中找到目前的应用。
然而，在上述反应中使用非均相催化剂通常需要过滤或离心步骤以回收催化剂。为了简化催化体系的回收和再利用，可磁分离的纳米复合材料可以代表科学界的突破[51]。因此，我们的研究小组专注于使用具有磁性的非均相催化剂研究上述氧化和烷基化反应。