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比较绿色和传统方法合成希夫碱及其在环境稳定性应用中的综述

期刊:journal of coordination chemistryDOI:10.1080/00958972.2024.2362344

这篇文档属于类型b(综述类论文),以下为针对中文读者的学术报告:


作者及机构
本文由Muhammad Ismaeel(巴基斯坦费萨拉巴德Government College University化学系)、Bushra Parveen(同机构)、Sana Shafique Dogar(同机构)、Kiran Aftab(同机构)、Kashif Abbas(同机构)及Khurram Shahzad Munawar(巴基斯坦米扬瓦利University of Mianwali化学系与萨戈达University of Sargodha化学研究所)合作完成,于2024年7月15日发表在《Journal of Coordination Chemistry》(第77卷第9-10期,页码921-959)。

主题与背景
论文题为《Comparing Green and Conventional Methods for Schiff Base Synthesis and Unveiling Environmental Stability Applications: A Review》,聚焦席夫碱(Schiff base)的绿色合成方法及其在环境稳定性中的应用。随着工业活动加剧和人口增长,传统合成方法因使用有毒试剂、高能耗和废弃物问题受到诟病。席夫碱作为一类含亚胺基(C=N)的化合物,在配位化学、医药和材料科学中具有广泛应用,但其传统合成方式不符合绿色化学原则。本文综述了过去15年的研究进展,旨在比较绿色合成与传统方法的优劣,并探讨席夫碱在环境保护(如重金属吸附、太阳能电池)中的潜力。

主要观点与论据

  1. 绿色合成方法的优势
    论文系统比较了四种绿色合成技术:微波辐射(microwave irradiation)、超声辐射(ultrasound irradiation)、研磨技术(grinding techniques)和天然酸催化剂(natural acid catalysts)。以微波辐射为例,其通过极性分子与电磁波的直接相互作用实现快速加热(2-5分钟),反应效率显著高于传统加热(1-3小时),且产率提高20%-30%(如化合物1a-1d的产率从67%提升至93%)。超声辐射则通过空化效应(cavitation)产生局部高温高压,缩短反应时间至8-15分钟(传统需7-9小时),产率提升10%-20%(如化合物7a-7d)。天然酸催化剂(如黑莓汁、番茄汁)可替代有毒的乙酸,产率达90%以上,且避免有机溶剂的使用。

  2. 席夫碱在重金属吸附中的应用
    席夫碱因其螯合能力(chelating ability)可与重金属离子形成稳定络合物。文中列举了多种改性吸附剂:

    • 壳聚糖-席夫碱-氧化石墨烯纳米聚合物(Chit–Schiff–GO)对铜(II)和铅(II)的吸附容量分别达698.8 mg/g和466 mg/g,且可重复使用4次后仍保持高效。
    • 金属有机框架UIO-66-Schiff base对钴(II)的吸附容量为256 mg/g,优于传统铁-石墨烯材料(134 mg/g)。
      这些吸附剂通过席夫碱的多重配位点(如-NH₂、-OH)增强金属结合能力,且绿色合成方法降低了吸附剂制备的环境成本。
  3. 席夫碱在染料敏化太阳能电池(Dye-Sensitized Solar Cells, DSSCs)中的性能
    席夫碱及其金属配合物作为光敏剂(photosensitizers)表现出优异的摩尔消光系数和光热稳定性。例如:

    • 含咔唑基团的席夫碱25b通过双锚定基团(-COOH和-OH)提高电子注入效率,其DSSCs的功率转换效率(PCE)达4.3%。
    • 铜(II)和钴(III)配合物(27-28)的PCE分别为3.0%和3.84%,优于部分钌(Ru)基染料(如N719的PCE为9.37%),且成本更低。
      作者指出,席夫碱染料可通过分子设计(如扩展π共轭、引入辅助受体)进一步优化光捕获能力。

研究意义与价值
本文的价值体现在三方面:
1. 方法论贡献:系统评估了绿色合成技术的效率与经济性,为席夫碱的工业化生产提供环保方案。
2. 应用创新:揭示了席夫碱在环境修复(如污水处理)和可再生能源(如DSSCs)中的跨学科潜力。
3. 政策启示:呼吁化学工业采用绿色化学原则,减少对有毒试剂和溶剂的依赖。

亮点总结
- 首次全面比较微波、超声、研磨和天然酸催化四种绿色合成路径的量化数据(如产率、时间、能耗)。
- 提出席夫碱基吸附剂和光敏剂的分子设计策略,如多齿配体(polydentate ligands)和金属协同效应。
- 强调绿色化学与可持续发展目标(SDGs)的关联,尤其是清洁水(SDG 6)和廉价能源(SDG 7)。

补充内容
论文附录中列举了9篇关键参考文献(如Jeong等关于钙钛矿DSSCs的研究),并指出席夫碱在生物活性(如抗菌、抗氧化)方面的潜在应用未充分开发,建议未来研究关注其多功能性。

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