纤维素基Salen配合物的制备及催化α-蒎烯环氧化的研究

发布时间：2020-06-21 03:29

【摘要】：天然烯烃α-蒎烯是一种丰富廉价的可再生资源,将其进行环氧化反应得到的环氧蒎烷是合成医药和香料的一种重要的中间体,具有极高的经济价值。相比于其他催化α-蒎烯环氧化体系的催化剂,Salen金属配合物在空气中较为稳定,易于改性且具有良好的催化活性,在近些年成为研究热点。虽然Salen催化剂在催化效果等方面具有一定的优势,但均相Salen催化剂体系面临难于分离等问题,不利于工业化的进行。因此,制备非均相Salen催化剂有利于其回收、降低成本以及减少环境污染,符合可持续发展战略。目前,载体主要分为无机类,有机合成高分子类,天然产物高分子类。较于前两者,天然高分子材料具有廉价、对环境友好、可降解等优势,已被广泛的应用在负载催化剂方面。本文通过对天然高分子材料纤维素进行简单的改性及表征后,合成两种新型的非均相纤维素基Salen催化剂,并用于催化α-蒎烯环氧化反应的研究。主要研究如下:1.通过氯代、嫁接胺反应制备出乙二胺纤维素,通过氧化法制备出二醛基纤维素。采用红外光谱仪(FT-IR)、化学元素分析仪(Elemental analyze)、扫描电镜(SEM)对两种功能性纤维素进行了表征,并通过单因素考察,得到了乙二胺纤维素的较优反应条件。实验结果表明成功制备出两种具有不同官能团的改性纤维素。2.分别制备了均相Salen催化剂和两种纤维素基Salen催化剂。采用红外光谱仪(FT-IR)、X射线光电子能谱分析(XPS)、电感耦合高频等离子光谱仪(ICP)、扫描电镜(SEM)、同步热分析仪(TGA)对三种催化剂进行表征。研究表明三种不同类型的Salen催化剂制备成功。3.将三种Salen催化剂应用在α-蒎烯环氧化反应的研究中。其中对两种纤维素基Salen催化剂,采用单因素实验分别考察了氧源、反应温度、反应时间、活性金属中心、助催化剂的加入量、溶剂几种因素对环氧化反应的影响,确定了较优反应条件,即3.6mmol催化剂,8mmolα-蒎烯,0.75mol异丁醛,30ml乙腈,反应温度25℃,反应时间为3h,O_2(流速5ml/min),活性金属中心为Mn。在该条件下,α-蒎烯的转化率均在99%以上,环氧蒎烷的选择性均在83%以上。4.着重考察了两种纤维素基Salen催化剂的循环利用次数,并将实验放大10和25倍。结果表明,这两种催化剂均具有较好的稳定性,重复利用次数分别为6次和8次,多次循环后,仍然具有较高的催化转化率和选择性。实验放大后,催化效果依然保持稳定,为以后实现工业化提供了一定的理论基础。5比较了已报导的非均相Salen催化剂和本研究中非均相催化剂的催化活性和循环利用次数。结果表明,本研究中的两种纤维素基Salen催化剂具有较好的催化活性,同时重复利用次数更高。
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O621.251
【图文】：

催化烯烃,环氧化,催化剂,机理

图 1.5 SalenMⅢX 型催化剂催化烯烃环氧化机理Figure 1.5 Mechanism of the epoxidation of olefins catalyzed by SalenMⅢX complex Salen 存在的问题及解决方法然 Salen 催化剂可以催化多种反应，也具有很好的催化效果，但 Sale会与溶剂、反应物形成均相体系，导致很难回收利用，不仅浪费资金属离子也会污染环境。为了提高 Salen 催化剂的重复利用率，20 世研究人员提出将均相 Salen 负载到载体上，制备出非均相 Salen 催化剂究表明，在反应结束后，过滤或者离心等简单的分离方法就可以将催化剂与反应体系分离，且重复利用后，催化剂并未完全失活，在少催化剂的损失，节约成本。另外一方面来，一些载体本身就具有一定程度上协同促进了催化反应的进行[21,22]。负载型催化剂的研究进展

键合图,键合,催化剂,配位键

昆明理工大学硕士学位论以通过共价键和和配位键分别与 Salen 催化剂的不同位置键合(如图 1.6)，（a为配位键合，（b）图为共价键和，实验结果表明，配位键结合的负载型 Salen剂回收利用率低，而共价键结合的催化剂具有较好的回收利用率，其原因在位键不够稳定，而共价键很稳定。

【参考文献】