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随着工业发展脚步的加快,地球上的化石燃料日益枯竭,能源危机逐步逼近。生物质作为地球上储量丰富的可持续性资源,已经逐渐被开发用于缓解能源危机,在合适的催化剂的存在下,生物质可以逐步转化为各种功能性小分子,γ-戊内酯(GVL)就是其中之一。GVL因为可以作为燃料添加剂、溶剂和许多高附加值精细化学品的前驱体而存在一定的研究价值,寻找高效环保型催化剂催化生物质制备GVL具有非常重要的现实意义。本课题主要以无机-有机膦酸锆类材料作为催化剂,催化乙酰丙酸乙酯(EL)制备γ-戊内酯,并将效果比较好的几种催化剂运用到其他醛酮类化合物的催化加氢反应中,具体研究内容包括以下三个方面:(1)采用简单的共沉淀法制备出了焦磷酸锆催化剂(Zr OPP),对催化剂进行了红外、吡啶红外、扫描电镜、透射电镜、N2吸附脱附、CO2和NH3程序升温脱附等表征,分析得出了催化剂的介观结构以及内部酸碱位点分布的情况,将其用于EL转化为GVL的反应中,探究了反应时间、温度、催化剂量、锆磷比、溶剂种类等因素对催化反应活性的影响。结果得到,5 m L的异丙醇作为溶剂和氢源,0.1710 g萘作为内标物,200 mg锆磷比为1:1的Zr OPP作为催化剂,在160oC下反应11 h,EL的转化率和GVL的产率分别可以达到97.4%和94.1%。通过催化剂浸出实验证明了该催化反应属于非均相催化。考察了Zr OPP循环使用性能,催化剂循环使用五次过后,其表观结构和元素含量都没有发生明显的改变,由此确定该催化剂具有良好的循环使用性和稳定性。(2)选取带有特征官能团的有机膦酸作为前躯体,制备出了四种有机膦酸锆类催化剂,通过一系列的表征方法对催化剂的介观结构和元素含量进行了分析,将制备的催化剂用于催化EL转化为GVL的反应中,探索了反应时间、温度、催化剂量和锆磷比等因素对EL催化加氢反应的影响。结果得到,5 m L异丙醇作为溶剂和氢源,0.1710 g萘作为内标物,锆磷比为1:1,200 mg Zr HEDP作为催化剂,在160 o C下反应12 h,EL的转化率和GVL的产率分别为98.6%和92.3%;200 mg Zr EDTMPs作为催化剂,在160oC下反应9 h,EL的转化率和GVL的产率分别为98.1%和88.4%;200 mg Zr ATMP作为催化剂,在160 o C下反应11 h,EL的转化率和GVL的产率分别为98.4%和89.9%;200 mg Zr DTPMPA作为催化剂,在160 o C下反应11 h,EL的转化率和GVL的产率分别为90.4%和73.2%。对比实验结果可以发现,Zr HEDP因为结构中带有-OH官能团,提高了整体Br?nsted酸性位点的数目,有利于EL的加氢产物4-羟基戊酸乙酯内酯化反应的进行,因而得到了较高产率的GVL;Zr ATMP和Zr EDTMPs因为结构中带有N原子,提高了整体碱性位点的数目,有利于异丙醇羟基上氢质子的解离,促进了EL的4号位上羰基的催化加氢反应的进行,最终也得到了较高产率的GVL;而Zr DTPMPA前驱体因为本身对称性较差,导致最终得到的催化剂中活性位点数目较少,比表面积也较小,因而催化EL转化为GVL的效果不佳。(3)将催化EL转化为GVL效果比较好的四种催化剂运用到其他醛酮类化合物的催化加氢反应当中,包括糠醛、苯甲醛、4-甲基-2-戊酮、2-庚酮、2-辛酮、环己酮以及苯乙酮等,通过对反应时间和温度进行条件优化,发现该类催化剂对于醛酮类化合物的催化加氢反应都具有很好的催化活性。相比较酮类化合物而言,醛类化合物因为较低的空间位阻效应,比较容易进行催化加氢反应。对于直链的饱和酮类化合物,碳链越短,对称性越好,越容易实现催化加氢。存在双键或者苯环与羰基形成共轭结构的酮类化合物,因为双键占用活性中心,实现催化加氢反应需要更加苛刻的条件。