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《河北科技大学》 2019年
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含TEMPO水溶性聚合物催化剂的制备及应用

孙亭亭  
【摘要】:2,2,6,6-四甲基哌啶氮氧自由基(TEMPO),是一种稳定的自由基,也是一种高效的选择性氧化催化剂。不仅可选择性氧化小分子醇,还可以选择性地将纤维素C6位的伯羟基氧化为羧基,制得氧化纤维素。但是TEMPO价格昂贵,具有一定的毒性,可以通过将TEMPO负载到聚合物载体上实现其循环使用来克服这些缺点。纤维素为水不溶性的高分子化合物,而TEMPO催化氧化纤维素的介质为水,当聚合物载体也为水不溶性时,其与纤维素的接触会存在较大的位阻从而大大降低催化氧化的效果。因此,需制备水溶性的固载TEMPO催化体系以提高在水介质中氧化纤维素的催化性能。为此,本文选择了三种水溶性聚合物作为载体来制备负载TEMPO的水溶性大分子催化剂,并研究了其对苯甲醇和纤维素的催化氧化性能。首先,通过丙烯酰胺聚合制得聚丙烯酰胺,再Hofmann降解制备聚乙烯胺,接着通过聚乙烯胺与4-O-TEMPO羰基间的缩合还原反应得到聚乙烯胺负载TEMPO催化剂P(AM-co-VAm-T)。将其作为催化剂用于选择性催化氧化苯甲醇,可达到TEMPO催化水平的96%。进而应用于选择性催化氧化纤维素,其催化效果可达到小分子TEMPO的76%。TEMPO接枝率越高,P(AM-co-VAm-T)催化效果越好。通过循环上清液达到催化剂循环使用的目的,且循环性能良好。接着,为使水溶性大分子催化剂容易回收,制备了温度敏感性固载催化体系P(NIPAM-co-TAM)。通过丙烯酰氯与2,2,6,6-四甲基哌啶反应制得单体AATP,AATP与N-异丙基丙烯酰胺共聚得到无规共聚物P(NIPAM-co-AATP),再通过氧化制得温敏性氮氧自由基无规共聚物P(NIPAM-co-TAM)。将其作为催化剂应用于氧化苯甲醇,选择性催化氧化苯甲醇可达到TEMPO催化水平的98.5%。应用于选择性氧化纤维素时,其催化效果只达到小分子TEMPO的20%。最后,为兼顾易回收性和高催化性的统一,又制备了具有pH响应性的水溶性聚丙烯酸固载TEMPO催化体系P(AA-co-TA)。通过SOCl_2对聚丙烯酸部分酰化得到P(AA-co-AC),其酰氯基团与4-OH-TEMPO中的羟基反应制得P(AA-co-TA)。将P(AA-co-TA)应用于氧化苯甲醇,达到了TEMPO催化水平的90%。再对纤维素进行选择性催化氧化,发现TEMPO接枝率从12.8%增加到26.5%时,催化效果递增。进一步提高TEMPO接枝率,催化效果反而下降。氧化纤维素的羧基含量可达TEMPO水平的60%。通过离子交换法和调节pH法两种回收方式将P(AA-co-TA)从反应体系中分离开来,并循环使用,发现其活性在循环使用4次后没有明显降低。
【学位授予单位】:河北科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:O643.36;O631

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