一类新型固体酸催化剂催化酚类烷基化及缩合反应的应用研究

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本文研究内容分两部分,第一部分是新型固体酸催化剂的制备及表征。以不同规格的硅胶(SG)为原料,以氯磺酸为改性剂在常温条件下对硅胶进行表面改性,改性后的硅胶即磺化硅胶(SSA)分别记作1-SSA,2-SSA,3-SSA,而改性前的硅胶即空白硅胶记作0-SG。改性前、后的硅胶通过IR、BET、XRD、SEM以及表面酸性官能团的测定等分析方法进行了表征,为磺化硅胶的催化作用提供了理论依据。实验结果表明:硅胶经过改性后,其表面特性发生了很大的变化。(1)通过表面酸性官能团的测定可知,磺化硅胶(SSA)总的酸性官能团的含量都有很大程度的增加,其中以国药集团化学试剂有限公司的200目硅胶(1-SSA)的酸性官能团含量的增加量最大。(2)氮气等温吸脱附测定结果说明:改性后1-SSA的BET比表面积有一定程度的减小,但总孔容增加了很多(将近一倍),平均孔径有稍微的增加。(3)与改性前的硅胶0-SG相比,改性后的1-SSA在1260cm-1~1150cm-1,1080cm-1~1010 cm-1出现了明显的磺酸基特征吸收,这正是酸性增强的原因所在。以合成苯乙烯化苯酚为探针反应,进一步检验了各种改性硅胶在烷基化反应中的催化效果,并从其中筛选出最优的催化剂1-SSA,验证了表征的结果。   第二部分,考察了新型固体酸催化剂磺化硅胶(1-SSA)分别在烷基化反应及缩合反应中的催化活性。在烷基化反应中,用该催化剂催化合成了3-甲基-6-叔丁基苯酚,1-苯基-1-(3-甲基-6-羟基苯基)-乙烷,系统的研究了物料摩尔比、催化剂用量、反应时间诸因素对收率的影响。实验结果表明:1-SSA是催化合成3-甲基-6-叔丁基苯酚、1-苯基-1-(3-甲基-6-羟基苯基)-乙烷的良好催化剂,产品收率较高,可以重复使用4次以上。同时,将催化剂1-SSA用于其他的烷基苯酚与苯乙烯的反应中,其结果表明,该催化剂对于酚类的烷基化反应,烷基酚的转化率较高,具有良好的催化活性,可多次循环使用,显示了该催化剂在烷基化反应中有较好的应用前景。   在缩合反应中,用该催化剂催化合成了氧杂蒽类化合物和香豆素类化合物。并系统的研究了反应时间、反应温度、催化剂的用量诸因素对收率的影响。实验结果表明:1-SSA是催化合成该类缩合反应的良好催化剂,产品收率较高,可以重复使用4次以上。在缩合反应中该催化剂与传统催化剂对比得出:该催化剂制备及反应后序处理简单、原料来源丰富、价格低廉、催化活性高、可多次重复使用、环境友好等特点,显示出了该催化剂在缩合反应中同样具有良好的应用前景。   本研究开发出了烷基化及缩合反应的新催化工艺,表明1-SSA在烷基化反应及缩合反应中,具有优良的催化活性,拓展了磺化硅胶1-SSA的应用范围,为该催化剂据有潜在的应用价值提供了可靠的依据。
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