Green Hydrothermal Synthesis of 5-Phenyl-1H-tetrazole through Cycloaddition [3 + 2] Using Co(II) as Catalyst: Statistical Optimization by Response Surface Methodology (RSM) and DFT Calculations

响应面法 产量(工程) 环加成 催化作用 热液循环 水热合成 化学 材料科学 化学工程 碳纤维 密度泛函理论 计算化学 中心组合设计 绿色化学 反应条件 多相催化 无机化学 反应机理 化学合成 物理化学 元素分析 反应中间体 曲面(拓扑)
作者
Joseph Alarcon-Gonzales del Valle,Victor Garcia-Villegas,Julio Santiago
出处
期刊:ACS omega [American Chemical Society]
卷期号:11 (2): 2604-2613 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acsomega.5c07521
摘要

High Resolution Image Download MS PowerPoint Slide 5-Phenyl-1H-tetrazole (5-PHTA) and its derivatives exhibit relevant properties in pharmacology, corrosion, and coordination chemistry. In this work, a new methodology was proposed to obtain 5-PHTA under hydrothermal conditions using the [3 + 2] cycloaddition reaction between C 6 H 5 CN and NaN 3, with Co(CH 3 COO) 2 ·4H 2 O as the catalyst and water as the solvent. This new method is an ecological and economical alternative that utilizes water instead of traditional organic solvents, such as DMSO, DMF, ethyl acetate, and n -hexane, for the synthesis and purification of 5-PHTA, reducing the E-factor and carbon footprint. The yield of the reaction was optimized by applying the statistical technique RSM on variables A (molar ratio C 6 H 5 CN/NaN 3 ), B (molar ratio Co 2+ /NaN 3 ), and C (reaction time), where the coordinates A = 2.09, B = 0.48, and C = 6.29 h produced a maximum yield of 81%. 5-PHTA structure was confirmed by single-crystal X-ray diffraction, 1 H-NMR, elemental analysis, FT-IR, and UV–vis. DFT calculations (B3LYP/def2-TZVP) were performed at 433.150 K and 1.45 atm, using water as the reaction solvent. The results demonstrate the crucial role of Co(II) as a catalyst, via the formation of intermediates that are both kinetically and thermodynamically favored relative to the tested free-catalyst systems.
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