用于Heck反应的钯/天然高分子催化剂的制备、表征及其性能研究

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本论文主要研究了以天然生物高分子壳聚糖、魔芋葡甘聚糖、胶原蛋白为载体负载钯催化剂的制备、表征及其在Heck反应中的催化性能。研究表明,天然生物高分子与金属钯络合后,有着良好的催化性能,而且所需的反应条件温和。同其它催化剂相比,天然生物高分子金属络合物催化剂具有制备简单,催化活性高,选择性和稳定性好,可以重复使用等优点。对于这类催化剂的研究具有一定的学术意义及潜在的应用价值。1.壳聚糖二茂铁亚胺环钯催化剂的制备、表征及其催化性能研究(1)壳聚糖二茂铁亚胺环钯化合物的制备与表征:用二茂铁甲醛对壳聚糖接枝改性后得到壳聚糖席夫碱,再与Li2PdCl4甲醇溶液反应得到壳聚糖亚胺环钯化合物催化剂。用红外光谱、X-射线衍射、热分析、紫外、荧光光谱以及X-射线光电子能谱等分析手段对催化剂进行了表征。根据表征结果提出了壳聚糖二茂铁亚胺环钯化合物的可能结构。(2)壳聚糖二茂铁亚胺环钯化合物的催化性能研究:首先考察了壳聚糖二茂铁亚胺环钯化合物对碘代苯与丙烯酰胺反应的催化性能。通过对缚酸剂种类及其用量、反应温度、溶剂、原料比、催化剂用量和反应时间的考察,得出碘代苯(PhI)与丙烯酰胺(AM)反应的最适宜条件为:PhI 10.0 mmol,三乙胺为缚酸剂,nphI∶nAM∶nEt3N=1∶1.1∶2.0,催化剂用量为0.025 g,4 mL DMF为溶剂,100℃反应30 min,在上述反应条件下产率可达97.3%。并且催化剂循环使用5次,产率仍能达到88.0%。该催化剂对其它底物的Heck芳基化反应也有较高的催化活性,产率均在84.7%以上。2.魔芋葡甘聚糖负载钯催化剂的制备、表征及其催化性能研究(1)魔芋葡甘聚糖负载钯催化剂的制备与表征:用魔芋葡甘聚糖与PdCl2的乙醇溶液直接反应制得魔芋葡甘聚糖负载钯催化剂。利用红外光谱、X-射线衍射、热分析及X-射线光电子能谱分析手段对其进行了表征,结果表明魔芋葡甘聚糖中的氧和钯之间形成了配位健。(2)魔芋葡甘聚糖负载钯催化剂的催化性能研究:首先考察了魔芋葡甘聚糖负载钯催化剂对碘代苯与丙烯酸(AA)反应的催化性能。通过对反应温度、原料比、缚酸剂种类及其用量、溶剂、催化剂用量和反应时间的考察,得出碘代苯与丙烯酸反应的最适宜条件为:以三乙胺为缚酸剂,PhI 10.0 mmol,nphI∶nAA∶nEt3N=1∶1.4∶2.5,催化剂用量为0.050 g,在6 mL有机溶剂DMF中,100℃反应1.5 h,产率为91.9%。并且催化剂循环使用5次,产率(89.3%)没有明显降低,显示了催化剂具有良好的重复使用性能。该催化剂对其它Heck反应也有较高的催化活性,产率均在82.8%以上。3.胶原蛋白负载钯催化剂的制备、表征及其催化性能研究(1)胶原蛋白负载钯催化剂的制备与表征:用胶原蛋白与PdCl2的乙醇溶液直接反应制得胶原蛋白负载钯催化剂。利用X-射线衍射及X-射线光电子能谱分析手段对其进行了表征,结果表明胶原蛋白中的氮、氧和钯之间形成了配位健。(2)胶原蛋白负载钯催化剂的催化性能研究:以碘代苯与丙烯酸的交叉偶联反应为模型反应,考察了胶原蛋白负载钯催化剂的催化性能。通过对溶剂、反应温度、原料比、缚酸剂种类及其用量、催化剂用量和反应时间的考察,得出碘代苯与丙烯酸反应的最适宜条件为:PhI 10.0 mmol,三乙胺为缚酸剂,nphI∶nAA∶nEt3N=1∶1.4∶2.5,催化剂用量为0.010 g,在6 mL有机溶剂DMF中,100℃反应45 min。在最适宜的反应条件下,生成肉桂酸的产率可达94.7%,并且该催化剂重复使用3次,产率仍能达到88.0%。
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