【摘要】：合成化學(xué)與人類的生存發(fā)展密切相關(guān),合成化學(xué)的中心任務(wù)是開發(fā)高效的碳-碳鍵、碳-雜鍵生成方法和官能團轉(zhuǎn)化策略。其中,以過渡金屬催化劑的有機反應(yīng)尤為重要,一直是該領(lǐng)域的研究熱點,已經(jīng)廣泛應(yīng)用于化工、醫(yī)藥等產(chǎn)業(yè)。但是,傳統(tǒng)的均相催化以及依其建立起來的合成化學(xué)工業(yè)生成成本高,同時催化劑(尤其是過渡金屬離子和膦配體)的排放對生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重污染和破壞,在治理過程中需要花費巨大的費用。多相催化劑不僅能解決均相催化劑較難分離、回收以及循環(huán)使用等問題,而且可以實現(xiàn)工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn),已成為當(dāng)今綠色化學(xué)領(lǐng)域的研究熱點。生物質(zhì)基材料是一類具有發(fā)展?jié)摿Φ墓δ苄圆牧?它可以替代傳統(tǒng)材料,減少對化石資源的依賴和環(huán)境污染等問題。同時,生物質(zhì)材料因具有高的比表面積和豐富的官能團,能夠螯合金屬離子和納米粒子,能在絕大多數(shù)有機溶劑中穩(wěn)定存在。此外,生物質(zhì)還具有種類繁多、可生物降解及良好的生物相容性等優(yōu)點,是制備多相催化劑的理想載體。因此,設(shè)計和構(gòu)建以生物質(zhì)為載體的催化劑體系具有十分重要的意義。在此研究背景下,本論文設(shè)計合成了幾種生物質(zhì)基催化劑,并研究了這些催化劑在有機合成的應(yīng)用,具體內(nèi)容如下:(1)通過原位還原-沉積方法將金屬鈀納米粒子沉積于木聚糖類半纖維素分子骨架表面,成功制備了木聚糖類半纖維素負(fù)載納米鈀催化劑,并對催化劑的形貌、組成、催化性能以及穩(wěn)定性進行了系統(tǒng)研究。研究結(jié)果表明,在較溫和的條件下,該催化劑能高效地催化鹵代芳烴(碘代、溴代芳烴)分別于有機硼酸、烯烴、炔烴之間的Suzuki、Heck、Sonogashira交叉偶聯(lián)反應(yīng),產(chǎn)率達82~99%。催化劑通過過濾、洗滌、干燥等簡單的操作步驟,實現(xiàn)催化劑的循環(huán)使用,在重復(fù)使用6次后催化效果沒有明顯的降低。(2)以從黃竹生物質(zhì)原料中提取的木聚糖類半纖維素為載體,通過三聯(lián)吡啶配體化學(xué)改性后與鈀鹽配位,制備了新型木聚糖類半纖維素負(fù)載鈀-三聯(lián)吡啶絡(luò)合物催化劑,并應(yīng)用于催化Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)。研究結(jié)果表明,在室溫條件下以醇類作溶劑,該催化劑能夠有效催化鹵代芳烴與有機硼酸類化合物的Suzuki偶聯(lián)反應(yīng),產(chǎn)率達78~98%。催化劑具有良好的循環(huán)使用性能,經(jīng)過簡單過濾、洗滌和干燥等操作步驟,實現(xiàn)了催化劑的循環(huán)使用,在循環(huán)使用6次后催化活性沒有明顯下降,表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性和催化活性。(3)以農(nóng)林廢棄物蔗渣中具有的豐富的羥基等活性基團作為氫鍵供體與碘化鉀復(fù)合,制備了蔗渣/碘化鉀二元催化劑體系(KI/SCB),并成功用于催化無溶劑條件下的二氧化碳與氧(氮)雜環(huán)丙烷類化合物環(huán)加成反應(yīng)�？疾炝苏嵩c堿金屬鹽協(xié)同催化關(guān)系,以及多種反應(yīng)因素(溫度、時間、壓力)對環(huán)加成反應(yīng)催化活性的影響。在此研究基礎(chǔ)上,對反應(yīng)底物的廣譜性進行了拓展,成功制備了一系列環(huán)狀碳酸酯類以及VA唑烷酮類化合物。催化劑在循環(huán)使用5次后催化活性沒有明顯下降,表現(xiàn)出極高的催化活性和穩(wěn)定性。該催化體系在化學(xué)固定二氧化碳制備碳酸丙烯酯工業(yè)中具有潛在的實際應(yīng)用前景。(4)以木質(zhì)素磺酸鹽作為原料,通過簡單離子交換過程制備了木質(zhì)素磺酸(LSA)催化劑。研究結(jié)果表明,在無溶劑條件下,LSA可催化醛、β-萘酚、1,3-環(huán)己二酮類化合物之間的三組分縮合反應(yīng)制備相應(yīng)的苯并Tk噸類化合物。在90℃條件下,反應(yīng)時間為2 h,LSA用量為20 mg的條件下,產(chǎn)率達82~93%。該催化劑對含有多種取代基的底物均具有良好的廣譜性。催化劑連續(xù)使用4次后,產(chǎn)率仍可達82%,具有良好的循環(huán)使用性能。同時本研究發(fā)現(xiàn)該制備的催化劑LSA對多種多組分反應(yīng)具有良好的普適性。在催化醛、β-萘酚、酰胺類化合物三組分縮合反應(yīng)制備酰胺烷基萘酚類化合物、Hantzsch反應(yīng)以及Strecker反應(yīng)表現(xiàn)出良好的催化活性和穩(wěn)定性。(5)以農(nóng)林廢棄物蔗渣為原料經(jīng)不完全炭化、磺化等步驟制備了基于蔗渣生物質(zhì)固體酸催化劑,并應(yīng)用于催化硝基苯乙烯類化合物與疊氮化鈉之間的1,3-偶極環(huán)加成反應(yīng)。在N,N-二甲基甲酰胺作溶劑60℃條件下,該催化劑能有效催化硝基苯乙烯類化合物與疊氮化鈉的1,3-偶極環(huán)加成反應(yīng),產(chǎn)率達65~95%。研究發(fā)現(xiàn),在該催化體系中,供電子基取代基反應(yīng)活性高于吸電子基,吸電子效應(yīng)越強催化活性越低;對位取代基的反應(yīng)活性最高,間位活性次之,鄰位活性最低。該催化劑在連續(xù)使用5次后,其產(chǎn)率仍達84%,表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性和催化活性。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：O643.36;O636.11

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 羅艷;薛小虎;;合成蘋果酯和蘋果酯-B催化劑的研究進展[J];化學(xué)工程與裝備;2012年02期

2 甲醇觸媒科研組;;聯(lián)醇催化劑的制備及常壓活性評比[J];北京化工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);1979年01期

3 武榮瑞;蔡夫柳;王鎮(zhèn)平;高重軍;王枚先;;聚酯催化劑的研究——鈦系催化劑文獻簡述[J];北京化工學(xué)院學(xué)報;1980年01期

4 田景新,張艷華;三羥甲基丙烷三丙烯酸酯合成方法的改進[J];遼寧化工;1997年03期

5 徐三魁,王文祥,李利民,蘇運來;低壓合成甲醇含鋯催化劑的電鏡研究[J];鄭州大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);1997年03期

6 管英富,郭夢熊;合成β-SiC_w的催化劑熔球機理研究[J];人工晶體學(xué)報;1998年02期

7 李學(xué)富;周卓華;;神奇的催化劑[J];化學(xué)教育;1993年06期

8 楊得鎖;順丁烯二酸二丁酯合成的催化劑[J];寶雞文理學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版);2002年02期

9 于開錄,劉昌俊,夏清,鄒吉軍,Balder Eliasson;低溫等離子體技術(shù)在催化劑領(lǐng)域的應(yīng)用[J];化學(xué)進展;2002年06期

10 孫桂大,李翠清,李鳳艷,周志軍;磷化鎢催化劑的表征和加氫精制性能[J];石油學(xué)報(石油加工);2005年03期

相關(guān)會議論文 前10條

1 黃緒耕;張巍;榮峻峰;;制備壓力對HDC催化劑生產(chǎn)樹脂堆密度的影響[A];第十三屆全國催化學(xué)術(shù)會議論文集[C];2006年

2 郎笑梅;柏曉紅;王淑英;張銘輝;母瀛;;新型單茂鈦催化劑的合成及催化丙烯聚合反應(yīng)[A];中國化工學(xué)會2005年石油化工學(xué)術(shù)年會論文集[C];2005年

3 姜濤;陳偉;趙峰;覃雪;趙思源;謝倫嘉;;琥珀酸酯為內(nèi)給電子體丙烯聚合催化劑的研究[A];中國化工學(xué)會2005年石油化工學(xué)術(shù)年會論文集[C];2005年

4 王坤;;樹脂類催化劑催化酯化反應(yīng)研究進展[A];第五屆全國工業(yè)催化技術(shù)與應(yīng)用年會論文集（下冊）[C];2008年

5 謝建華;王立新;謝劍波;周其林;;高效手性螺環(huán)銥催化劑及其在簡單酮氫化中的應(yīng)用[A];第十六屆全國金屬有機化學(xué)學(xué)術(shù)討論會論文集[C];2010年

6 羅海棠;宋國勇;楊立明;;氨基磺酸:一種有效的催化劑在室溫下合成β-乙酰氨基酮[A];第十三屆全國催化學(xué)術(shù)會議論文集[C];2006年

7 袁超樹;張富民;王軍;任曉乾;;脫鋁USY負(fù)載雜多酸銫鹽催化劑合成草莓酯的研究[A];第一屆全國化學(xué)工程與生物化工年會論文摘要集(上)[C];2004年

8 范穎蘭;陳慧強;楊連琴;張穎;;溫度可調(diào)控載體催化劑合成[A];中國化學(xué)會第十四屆膠體與界面化學(xué)會議論文摘要集-第4分會：膠體分散與多組分體系[C];2013年

9 李永振;;化學(xué)工業(yè)催化劑新進展[A];第1屆全國工業(yè)催化技術(shù)及應(yīng)用年會論文集[C];2004年

10 王文浩;李俊賢;周集義;張興英;;雙金屬氰化絡(luò)合物(DMC)催化劑的合成及應(yīng)用研究進展[A];中國聚氨酯工業(yè)協(xié)會第十二次年會論文集[C];2004年

相關(guān)重要報紙文章 前1條

1 王愛霞;環(huán)保FX-01催化劑[N];科技日報;2000年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 陳巍;生物質(zhì)基催化劑的制備及其催化性能研究[D];華南理工大學(xué);2015年

2 蔣學(xué);摻雜載體Ziegler-Natta催化劑的制備及聚丙烯分子量分布調(diào)控的研究[D];浙江大學(xué);2004年

3 陳愛平;鉬基催化劑上的高硫合成氣制甲硫醇的研究[D];廈門大學(xué);2008年

4 高肖漢;苯環(huán)羥基化催化劑的研究[D];中國科學(xué)院研究生院（大連化學(xué)物理研究所）;2006年

5 毛建擁;空氣氧化β-異佛爾酮過程中的催化劑開發(fā)及機理探討[D];浙江大學(xué);2009年

6 付小剛;石墨烯基氧還原催化劑的制備及其電催化性能研究[D];蘭州大學(xué);2013年

7 趙偉;基于多金屬氧酸鹽的新型、綠色、可回收催化劑的合成及應(yīng)用[D];蘭州大學(xué);2011年

8 郭曉俊;甲基丙烯醛一步氧化酯化制甲基丙烯酸甲酯雜多化合物催化劑的研究[D];北京化工大學(xué);2008年

9 王慧;鉑、鈀合金催化劑的制備及其電催化性能的研究[D];山東大學(xué);2012年

10 陳可先;N-羥基亞胺類有機催化劑的設(shè)計及其催化氧化機理研究[D];浙江大學(xué);2013年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 李亮;手性陽離子開環(huán)冠醚催化劑對二級砜的不對稱β消除[D];重慶大學(xué);2015年

2 肖潔;CO_2加氫合成甲醇CuO-ZnO基催化劑的研究[D];上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院;2015年

3 敖烏蘭;Au-Pd/γ-Al_2O_3催化劑在合成亞胺反應(yīng)中的性能研究[D];內(nèi)蒙古師范大學(xué);2015年

4 張雄偉;貴金屬銥催化劑的制備、表征及其性能研究[D];四川大學(xué);2005年

5 林明桂;由合成氣制備低碳混合醇催化劑的制備與性能研究[D];華東師范大學(xué);2004年

6 王靜;磷促進高硫合成氣制備甲硫醇鉀鉬催化劑的研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2013年

7 張民;催化水合乙二醇工藝中催化劑的溶劑研究[D];南京工業(yè)大學(xué);2005年

8 高榕;正辛醇改性負(fù)載鈦催化劑催化共軛二烯烴聚合[D];青島科技大學(xué);2006年

9 孔慶彬;納米金催化劑的制備并應(yīng)用于葡萄糖催化氧化反應(yīng)[D];汕頭大學(xué);2011年

10 徐鵬樂;碳納米管為載體的鈀基催化劑的設(shè)計合成及其對乙醇電催化性能影響的研究[D];河南師范大學(xué);2012年

本文編號：2781838