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Ni-GO/Cur-Nb磁性纳米催化剂的制备及其在Suzuki-Miyaura偶联和Biginelli反应中的应用研究。采用磁控镍纳米颗粒修饰石墨烯氧化物（GO）表面，通过姜黄素（Curcumin）作为配体固定铌（Nb）盐，构建高效可回收的纳米催化剂。经FT-IR、XRD、VSM等多方法表征，证实催化剂具备稳定结构、良好分散性和磁响应性。实验表明该催化剂在交叉偶联和生物活性环化反应中表现出高TOF值和可循环性，为绿色催化提供了新策略。
阿里雷扎·加雷赫卡尼（Alireza Gharehkhani）| 玛丽亚姆·哈贾米（Maryam Hajjami）
伊朗哈马丹布阿里·西纳大学（Bu-Ali Sina University）化学与石油科学学院有机化学系，邮政编码6517838683
摘要
在这项研究中，我们开发了一种高效的方法来设计磁性镍氧化石墨烯功能化的铌-姜黄素纳米颗粒（Ni-GO/Cur-Nb），作为使用苯硼酸和有机卤化物的铃木-宫浦（Suzuki-Miyaura）交叉偶联反应的纳米催化剂。此外，还研究了在Ni-GO/Cur-Nb存在下，通过Biginelli反应制备3,4-二氢吡啶酮的过程，并在绿色条件下进行了实验。采用FT-IR、TGA、XRD、EDX、VSM、ICP、DLS、HRTEM和SEM等方法对制备的纳米催化剂进行了表征。高转化次数（TON）表明Ni-GO/Cur-Nb作为一种高效催化剂具有显著优势。根据VSM分析的结果，外部磁体可以用来回收催化剂，因此该催化剂可以多次重复使用。
引言
近年来，由于活性炭化合物具有适宜的支撑特性、对不希望发生的反应具有惰性、在反应和再生条件下的稳定性、良好的机械性能、可调节的表面积和多种物理形态，它们被广泛应用于科学领域的许多领域。此外，过去几十年中，活性炭化合物在异相催化中的应用也得到了广泛研究[1]。碳的不同形态使其成为广泛应用于各种电化学反应中的有趣化合物。根据其价态，碳存在多种同素异形体[2]。氧化石墨烯（Graphene Oxide，GO）是一种由含氧官能团修饰的二维芳香骨架，具有理想的化学性质，成为昂贵金属催化剂的环保替代品[3]。GO芳香骨架上的含氧官能团使其能够与各种离子和非离子化合物相互作用。GO单独使用或与其他化合物杂化时均表现出良好的催化性能[4]。随着纳米技术的发展，人们尝试制备具有不同应用的新纳米化合物，其中过渡金属磁性颗粒是一个重要方向。镍（Ni）是一种在室温下具有磁性的铁磁金属。磁性镍因其独特的性质而在工业中有着广泛的应用。Ni纳米颗粒因其多种用途（如磁性传感器[王等人，2002年]、存储设备[郑和孙，2006年]以及生物分子分离[李、朴和米尔金，2004年]）而受到广泛研究。Ni纳米颗粒及其基设备的性能受到其纯度、结构、大小和形状的显著影响[5]。有机合成过渡金属催化剂的一个总体目标是形成碳-碳（C-C）键。在这方面，铃木-宫浦（Suzuki-Miyaura，SM）偶联反应是形成C-C键的最有效方法之一。由于这种交叉偶联反应在药物和精细化学品的工业规模生产中具有许多有利特性，因此已有许多相关方法被研究。尽管有Itch、Nagishi、Stille、Himaya、Liebeskind–Srogl和Komoda等偶联反应方法可供选择，但最近SM偶联反应用于制备联芳烃的方法最为流行。联芳烃及其衍生物在药物、聚合物、液晶材料和有机金属化学配体等多种分子形式中都有应用[6]。已有大量关于Pd金属配合物的研究报道，其中许多配合物在SM C-C偶联反应中表现出优异的异相和均相催化性能[[7]，[8]，[9]，[10]，[11]]。在这项工作中，铌（Nb）复合物首次被用于SM反应，并取得了优异的结果。铌本质上是一种可重复使用的元素，具有多种稳定的氧化态，并被认为具有生物相容性。其化学性质与钛（Ti）和钽（Tantalum）相似，但Nb的Lewis酸性强，因此近年来受到了越来越多的关注[12]。铌氯化物是白色晶体固体，在固态下呈四核结构，由正方形四个角上的六个配位金属中心组成[13]。
Biginelli反应是一种多组分有机反应，由意大利化学家皮埃特罗·比吉内利（Pietro Biginelli）于1891年首次开发。该反应利用容易获得的起始材料（包括醛类、活性亚甲基化合物和（硫）脲）合成二氢吡啶酮（DHPMs），这些化合物在生物学和医学上具有重要意义。DHPMs被越来越多地用于开发聚合物、粘合剂和织物染料[14]。此外，一些DHPMs显示出广泛的生物活性，如抗病毒、抗肿瘤、抗菌、抗炎、抗疟疾、抗结核、抗糖尿病、抗癫痫和抗利什曼病等作用。许多功能化的DHPMs被用作强钙通道阻滞剂、抗高血压化合物、α1a-肾上腺素能拮抗剂、mPGES-1抑制剂和A2B受体拮抗剂[15]。尽管均相和异相催化剂在联芳烃和二氢吡啶的制备中起着重要作用，但使用有机配体对氧化石墨烯纳米复合材料进行功能化也被证明是一种提高固体载体稳定性的有效方法[16]。作为我们之前研究[[17]，[18]，[19]，[20]]的延续，我们开发了一种新型的Ni功能化磁性氧化石墨烯催化剂，其中姜黄素配体作为异相载体，用于固定铌物种以制备联芳烃和二氢吡啶酮。
材料与方法
本研究中使用的化学品均来自Sigma Aldrich Chemical Co.，无需进一步纯化即可使用。纳米颗粒的晶体结构通过X射线粉末衍射（XRD，Cu Ka辐射，λ=1.5405?）在10-80（2θ）范围内以2/min的速率进行扫描确定。官能团的变化通过KBr颗粒（Nicolet MAGNA-IR 550光谱仪，美国）的FTIR光谱进行监测。样品的形态和粒径也进行了相关分析。
Ni-GO/Cur-Nb纳米催化剂的表征
在GO的FT-IR光谱中，高频区域3429 cm-1处的宽峰是由于O-H键的伸缩振动引起的，表明氧化石墨烯中存在羟基。1720 cm-1处的峰对应于羧基。1356 cm-1处的峰归属于C-OH基团。1225 cm-1和1056 cm-1处的峰分别对应于C-O-C键的伸缩振动。GO-Ni和GO的光谱之间存在显著差异。
结论
总结来说，我们通过一种简便快捷的方法使用磁性镍纳米颗粒作为催化剂合成了磁性氧化石墨烯纳米片。随后，通过姜黄素将铌固定在纳米片表面，最终制备出Ni-GO/Cur-Nb催化剂。利用SEM、EDS、TGA、FT-IR、XRD、ICP、DLS、H-RTEM和VSM等方法对这种磁性纳米复合材料的结构进行了表征。该催化剂在铃木-宫浦交叉偶联反应和Biginelli反应中表现出良好的催化活性。
作者贡献声明
阿里雷扎·加雷赫卡尼（Alireza Gharehkhani）：方法学研究、实验验证、原始稿撰写
玛丽亚姆·哈贾米（Maryam Hajjami）：资金获取、项目监督、项目管理、概念构思、资源协调。
数据可用性
本研究使用和/或分析的数据集可向相应作者提出合理请求后获取。本研究生成或分析的所有数据均包含在本文及其补充信息文件中。
CRediT作者贡献声明
阿里雷扎·加雷赫卡尼（Alireza Gharehkhani）：原始稿撰写、方法学研究、数据分析
玛丽亚姆·哈贾米（Maryam Hajjami）：审稿与编辑、结果验证、项目监督、资金获取。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了伊朗哈马丹布阿里·西纳大学研究设施的支持。
