多功能化离子液体的制备及催化合成环状碳酸酯反应研究

发布时间：2017-09-26 22:02

  本文关键词：多功能化离子液体的制备及催化合成环状碳酸酯反应研究

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【摘要】：二氧化碳是一种重要的C1资源,近年来二氧化碳资源化转化制备高附加值的精细有机化学品已经成为热点课题之一。以二氧化碳与环氧化合物为原料合成五元环状碳酸酯是二氧化碳资源化利用的有效途径。目前应用于该反应的众多催化剂体系中,离子液体因其特殊的理化性质被认为是该反应最有效的催化剂之一。合成了含有双官能团的双功能化离子液体,对其结构及酸性进行了表征,研究了该类离子液体在二氧化碳与环氧化合物环加成反应中的催化性能。研究发现,当以HOOCPImIEOH为催化剂时,在110℃、1.0 MPa的条件下反应2.0 h时碳酸丙烯酯的收率可达到96.5%。在最优反应条件下,HOOCPImIEOH能够高效的催化二氧化碳与多种环氧底物反应,并且催化剂重复使用10次后活性几乎不变。合成了具有不同Lewis酸、碱的金属官能化离子液体,对其结构进行了表征并考察了其在合成环状碳酸酯反应中的催化性能。当以Lewis酸碱比为1:4的(MimBreimBr-COO)2Zn为催化剂时,在110℃、1.5 MPa的条件下反应2.0 h时碳酸丙烯酯的收率达到了96.1%,转化频率为1442 h-1。催化剂在重复使用15次时活性没有下降,对不同环氧底物的反应也表现出很好的普遍适用性能。制备与表征了多层固载型羧酸功能化离子液体,并研究了它们在合成环状碳酸酯反应中的催化性能。相对于单层固载的离子液体催化剂,多层固载的离子液体表现出了更高的催化活性。在最优的反应工艺条件下,离子液体用量为0.9 mol%时,碳酸丙烯酯的收率可以达到94.4%,同时该催化剂也表现出良好的普适性以及稳定性。
【关键词】：多功能离子液体 金属官能化离子液体 多层固载离子液体 环状碳酸酯 二氧化碳
【学位授予单位】：黑龙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ23;O645.1
【目录】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-11
• 第1章 绪论11-29
• 1.1 课题研究背景11-12
• 1.2 文献综述12-26
• 1.2.1 传统型离子液体催化剂12-15
• 1.2.2 双功能化离子液体催化剂15-21
• 1.2.3 固载化离子液体催化剂21-26
• 1.3 文献总结及课题设计思路26-29
• 1.3.1 文献总结26-27
• 1.3.2 本课题来源27
• 1.3.3 本课题主要研究内容27
• 1.3.4 课题研究创新之处27-29
• 第2章 实验部分29-39
• 2.1 实验试剂和仪器29-30
• 2.1.1 实验原料与试剂29
• 2.1.2 实验仪器29-30
• 2.2 离子液体的制备30-36
• 2.2.1 羟基羧酸双功能化离子液体的制备30-33
• 2.2.2 金属官能化离子液体催化剂的制备33-35
• 2.2.3 固载型双阳离子羧酸功能化离子液体的制备35-36
• 2.3 离子液体的表征方法36-37
• 2.3.1 傅里叶变换红外光谱分析36
• 2.3.2 核磁共振分析36-37
• 2.3.3 元素分析37
• 2.3.4 扫描电镜37
• 2.3.5 紫外可见光谱分析及Hammett酸函数的测定37
• 2.4 二氧化碳与环氧化物的偶联反应37-38
• 2.5 本章小结38-39
• 第3章 双功能化离子液体催化合成环状碳酸酯研究39-54
• 3.1 双功能化离子液体的结构及表征39-43
• 3.1.1 FT-IR红外光谱分析39-40
• 3.1.2 核磁共振表征40-42
• 3.1.3 紫外可见光谱分析及Hammett酸函数的测定42-43
• 3.2 双功能化离子液体结构对催化活性的影响43-45
• 3.3 以HOOCPIm IEOH为催化剂时反应工艺条件的优化45-50
• 3.3.1 反应催化剂用量的优化46-47
• 3.3.2 反应时间的优化47-48
• 3.3.3 反应温度的优化48-49
• 3.3.4 反应压力的优化49-50
• 3.4 HOOCPIm IEOH离子液体催化不同环氧底物环加成反应50-51
• 3.5 离子液体的循环使用性能51-52
• 3.6 反应机理52-53
• 3.7 本章小结53-54
• 第4章 金属官能化离子液体催化合成环状碳酸酯研究54-69
• 4.1 金属官能化离子液体的结构及表征54-58
• 4.1.1 FT-IR红外光谱分析54-55
• 4.1.2 核磁表征55-58
• 4.2 离子液体结构对催化活性的影响58-60
• 4.3 反应工艺条件对离子液体催化活性的影响60-64
• 4.3.1 反应催化剂用量的影响60-61
• 4.3.2 反应温度的影响61-62
• 4.3.3 反应压力的优化62-63
• 4.3.4 反应时间的影响63-64
• 4.4 (Mim Breim Br-COO)_2Zn催化不同环氧底物合成环状碳酸酯64-66
• 4.5 (Mim Breim Br-COO)_2Zn离子液体的稳定性能考察66-67
• 4.6 反应机理67-68
• 4.7 本章小结68-69
• 第5章 多层固载型羧酸功能化离子液体催化合成环状碳酸酯研究69-83
• 5.1 多层固载型离子液体的结构表征及负载量测定70-73
• 5.1.1 多层固载型离子液体的结构表征70-71
• 5.1.2 多层固载型离子液体的NMR表征71
• 5.1.3 多层固载型离子液体的SEM表征71-72
• 5.1.4 多层固载型离子液体固载量测定72-73
• 5.2 多层固载型离子液体的结构对其催化性能的影响73-74
• 5.3 反应工艺条件对多层固载型离子液体催化性能的影响74-78
• 5.3.1 催化剂用量的优化74-75
• 5.3.2 反应温度的优化75-76
• 5.3.3 反应压力的优化76-77
• 5.3.4 反应时间的优化77-78
• 5.4 多层固载型离子液体催化不同环氧底物合成环状碳酸酯78-79
• 5.5 多层固载型离子液体重复使用性能研究79-80
• 5.6 多层固载型离子液体催化合成环状碳酸酯反应机理研究80-81
• 5.7 小结81-83
• 结论83-85
• 参考文献85-93
• 附录93-105
• 致谢105-107
• 攻读学位期间发表的论文107

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