有机负载型固体碱的制备及催化氧化的研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:llz364088963
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负载型固体碱是多种催化反应的重要多相催化剂之一,其催化性能高度依赖载体的性质,如化学稳定性、固有的孔隙度、传质效率等。近年来,诸多课题组致力于在多功能载体上形成强碱性位点,从而制备催化性能优异的固体碱催化剂。在载体上生成强碱性位点通常包括碱性前驱体的负载和煅烧分解前驱体制备碱性位。然而热分解前驱体所需温度极高,会导致大多数新型多孔载体的孔结构坍塌,这限制了许多新型载体上强碱性位点的形成,为了避免结构垮塌,根据超交联聚合物(HCP)的性质,我们首次报道了通过还原基团功能化策略可以在HCP上生成强碱性位点的方法。本文合成了有机负载型固体碱K-HCP-1,K-HCP-2,对其结构进行了表征,对碱性位点生成机理进行了深入探究,首次以K-HCP-1,K-HCP-2作为固体碱催化剂,以环境友好的氧气为氧化剂,分别应用于催化芴有氧氧化制备芴酮,催化苄胺氧化偶联制备亚胺的模型反应中,本论文的主要研究内容如下:基于Friedel-Crafts烷基化反应合成高孔隙率且高度交联的聚合物HCP-1,HCP-2,HCP-3,HCP-4,利用浸渍法将KNO3,NaNO3两种碱性前驱体分别负载于HCP-1,HCP-2,HCP-3,HCP-4多孔聚合物孔道中。在N2气氛下,经一系列温度煅烧分解前驱体得到6种固体碱催化剂分别为:K-HCP-1,K-HCP-2,K-HCP-3,K-HCP-4,Na-HCP-2,Na-HCP-4。采用酸碱滴定法测得K-HCP-1,K-HCP-2碱值分别为1.8 mmol g-1,1.9 mmol g-1,两者更接近理论碱量,后经CO2-TPD证实K-HCP-1,K-HCP-2的活性位点为中强碱,故而筛选得最优固体碱催化剂为K-HCP-1,K-HCP-2,其对应的KNO3降解温度分别为350 ℃和320 ℃,远远低于传统热分解温度。利用TG-MS表征手段解释HCP-1,HCP-2与KNO3之间的强相互作用,证实HCP-1,HCP-2上的还原性基团(C=C,CHO)与KNO3之间的强氧化还原作用促使较低温度下强碱性位点的生成。通过固体核磁,X射线光电子能谱及元素分析表征手段,探究煅烧前后还原性基团(C=C,CHO)的转化情况,结果表明乙烯基部分被氧化成醛和羧酸,醛基部分被氧化成羧酸。采用煅烧温度为350 ℃得到的K-HCP-1为催化剂,探究K-HCP-1固体碱催化芴氧化制备芴酮的反应性能。结果表明,在160 ℃,0.5 MPa O2,100 mg K-HCP-1,溶剂选用N,N-二甲基甲酰胺条件下反应6 h,芴转化率高于99%,芴酮收率高于99%。将K-HCP-1用于催化氧化各种亚甲基底物,结果显示底物转化率不低于70%,且K-HCP-1能够顺利地催化底物氧化成所需的酮类,这说明有机负载型固体碱在亚甲基化合物好氧氧化中具有潜在的的应用前景。采用煅烧温度为320 ℃得到的K-HCP-2为催化剂,探究K-HCP-2固体碱催化苄胺氧化偶联制备亚胺的反应性能。结果表明,在140 ℃,0.5 MPa O2,50 mg K-HCP-2,溶剂选用无水甲醇条件下反应4 h,苄胺转化率高于99%,亚胺收率为91%。将K-HCP-2用于催化氧化偶联各种苄胺衍生物,结果显示底物转化率不低于80%,且K-HCP-2能够顺利地催化底物氧化偶联成所需的亚胺,这说明有机负载型固体碱在苄胺氧化偶联中具有潜在的的应用前景。
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