有机碱功能化杂化材料的合成及在酯交换反应中的应用

【摘要】： 本论文主要采用后嫁接法制备了多种类型有机碱功能化的杂化材料,并考察了这些材料在苯酚和草酸二甲酯酯交换反应中的催化性能。系统研究了有机碱种类和性质、载体的组成和表面酸碱性质等对催化性能的影响;同时结合各种表征手段,对催化剂的结构、表面酸碱等性质进行了研究,并对反应活性中心性质、催化作用机制等问题进行了探讨。 采用后嫁接法将不同类型的环戊二烯基衍生物(茂基)固载到介孔材料Si-MCM-41上,发现这类茂基功能化的杂化材料对苯酚和草酸二甲酯酯交换反应表现出良好的催化活性。其中,具有较强Lewis碱性和较小空间位阻的五甲基环戊二烯基功能化的杂化材料(Cp’’-Si-MCM-41)显示出相对较高的反应活性和主产物选择性。甲基环戊二烯基功能化的杂化材料(Cp’-Si-MCM-41)虽然反应活性略低,但却表现很高的稳定性,循环使用多次后,催化活性基本保持不变,这应主要归因于Cp’-具有相对较弱的Lewis碱性,从而使其在反应过程中不易与反应物或生成物产生较强的吸附作用而避免了失活。 制备了几种不同类型有机胺功能化的介孔Si-MCM-41材料,考察了它们在酯交换反应中的催化性能。研究结果表明:这些有机胺功能化的杂化材料对该反应表现出较好的催化活性和稳定性;杂化材料的碱中心性质(包括碱强度和碱密度)对酯交换反应性能有显著的影响;催化剂经多次循环使用后反应活性仅略有降低,显示出良好的稳定性和循环性;采用碱处理可以使催化剂的反应活性基本恢复。此外,还对有机胺杂化材料催化剂上酯交换反应历程进行了探讨,阐述了反应副产物(苯甲醚)形成的主要历程。 研究了载体种类及表面酸碱性质对有机胺功能化杂化材料的催化性能的影响。结果表明:对于二乙烯三胺基丙基功能化的杂化材料,以具有弱酸性的Al-MCM-41和介孔磷酸铝为载体制备的杂化材料表现出相对较低的催化活性,其原因可能主要是由于在反应体系中,载体表面的弱酸中心与引入的碱性官能团之间产生了相对较强的相互作用所致;此外,发现3-氨丙基功能化的HAP-γ-Fe2O3 (HAP:羟基磷灰石)具有较高的反应活性,这可能是由于载体本身具有的碱性特征对酯交换反应也起到一定的促进作用。