生物质废弃物木质素磺酸盐作为载体在均相催化剂固载化中的应用研究

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在环境污染日益严重,资源消耗持续增加的今天,化学化工行业对技术进行绿色革新的要求越来越迫切。生物质是一种取之不尽用之不竭的可再生资源,具有低污染、可再生、分布广泛性和总量大等特点。因此,当前学术界和工业界都对生物质的综合课题给予了持续、强烈的关注。木质素磺酸盐是一种生物质废弃物,来自于造纸工业,是木浆与亚硫酰氯水溶液和亚硫酸盐反应的产物。由于木质素磺酸盐中含有大量磺酸根,我们设想用它来作为阳离子载体负载金属离子制备担载的催化剂。为此,我们制备了三种催化剂:1)木质素磺酸盐负载的Sc(OTf)3,LS-Sc,适宜作为Lewis酸;2)木质素磺酸盐负载的Cu(OTf)2,LS-Cu,适宜作为铜盐催化剂的使用。3)木质素磺酸盐负载的氨基功能化离子液体,Lignin-IL@NH2,适宜作为碱催化剂使用。这几种催化剂可催化完成多个有机反应。比如催化剂LS-Sc可应用在Michael加成反应,催化1a与吲哚反应时产物3a的产率93%;催化取代二氢吡喃6a与吲哚开环时产物7a的产率为89%;催化Friedel-Crafts烷基化反应时产物9a的产率95%;催化邻氨基苯甲酰胺和环酮的缩合等反应时产物11a的产率91%。对比其它负载的Sc(OTf)3催化剂在上述反应中的性能,我们发现LS-Sc催化剂不仅催化活性高,并且可重复多次利用;催化剂LS-Cu可高效催化三组分Click反应,其产物12a的产率96%;Glaser苯乙炔偶联反应,其产物13a的产率92%;N,N-二甲基苯胺和吲哚的氧化偶联反应,其产物15a的产率55%。Lignin-IL@NH2催化剂可以完成对氯苯甲醛和丙二睛的Knoevenagel反应,其产物18a的产率为98%。木质素磺酸钠用作载体材料不仅有效利用了生物质废料,并且为我们提供了一种便捷、高效且低成本的催化剂制备方法。
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