酯类增塑剂的绿色催化合成研究

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液体酸催化酯化反应时,存在副产物难分离、催化剂难回收、设备腐蚀严重及废酸排放等问题。因而,酯化反应的绿色催化合成研究存在潜在的应用前景。本文通过分子设计与合成,制备出新型的绿色催化材料:具有酸催化性能离子液体;对产物进行定性与定量表征分析,对产物的结构与性能关系进行了研究与探讨。利用咪唑基离子液体存在潜在的Lewis酸性中心的结构特点,通过分子设计,采用取代反应、消除反应、加成反应及多步合成法,在咪唑环上引入长碳链烃基及含羧基的功能基(引入B酸中心),合成一系列具有酸性的离子液体,包括单长链取代的N,N-二烷基咪唑鎓盐离子液体、Gemini型离子液体与含羧基的N,N二取代咪唑鎓盐功能离子液体。通过红外光谱、元素分析等手段对产物进行了表征。同时,利用离子液体的酸性,探讨其作为催化剂在合成柠檬酸三丁酯、己二酸二异丁酯等系列绿色增塑剂中的催化性能;通过插层与吸附等方法,在蒙脱土载体上制备固定化离子液体,使其兼具异相、均相催化剂的优点,研究了此类具有固体酸性质的离子液体在催化合成柠檬酸三丁酯、己二酸二异辛酯等系列绿色增塑剂过程中的催化性能、催化剂与产物的分离情况及重复使用效果;此外,对合成催化剂催化酯化反应的最佳工艺条件也进行了研究,探索此类催化反应的绿色合成技术,同时也对制得的催化材料进行评价。分析结果表明,合成目标物单长链取代的N,N-二烷基咪唑鎓盐离子液体、Gemini型离子液体与含羧基的N,N二取代咪唑鎓盐功能离子液体结构明确、符合分子设计结构要求。长链取代的N,N-二烷基咪唑鎓盐离子液体、Gemini型离子液体起始热分解温度较高,近300℃。通过离子交换的方法,将上述离子液体成功地插层于蒙脱土层间,形成固定化离子液体;相比于对应的未负载离子液体,固定化离子液体热稳定性有所提高。固定化离子液体作为固体催化剂,在催化酯化合成柠檬酸三丁酯、己二酸二异辛酯的反应中均具有高选择性及明显的催化活性:虽然Gemini型固定化离子液体在使用后,复合物层间距减小,存在离子液体活性中心流失现象:但单长链取代的N,N-二烷基咪唑鎓盐固定化离子液体化学稳定性较高,催化合成产物柠檬酸三丁酯、己二酸二异辛酯色泽浅,副产物少,催化剂易分离并可重复套用。因此,固定化离子液体可视为极具应用潜力的环境友好的固体催化剂。
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