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固体超强酸催化剂在有机合成中催化应用研究

范莎莎  
【摘要】:固体超强酸在近年来倍受关注,成为催化领域研究的焦点。固体超强酸的优点有相对较高的酸度,良好的催化性能,相对较低的催化温度,容易与反应体系分离,可再生和重复利用,无腐蚀无污染等优点。酸催化这一类反应大体包括烃类裂解,烷烃重排,烷烃异构化,烯烃水合,烯烃聚合,芳烃烷基化,芳烃酰基化,醇酸酯化,取代反应等,这也体现了酸催化剂是重要工业的基础。以前酸催化剂主要是液体酸,虽然工艺非常成熟,但发展中给人类环境带来了相当大的危害,同时也存在着均相催化本身不可避免且无法克服的缺点,例如易腐蚀设备,难以连续生产,选择性差,产物与催化剂难分离等等一系列问题。本实验室自主研发了SO2-4/MxOy型固体超强酸催化剂,该催化剂具有良好的工业应用价值。本文对该催化剂在有机合成应用进行了探究性研究。 本文第一部分,概述了固体酸催化剂研究的发展,主要阐述了固体酸催化剂的种类、制备方式、表征的手段、以及在有机合成中的应用等。 第二部分,本实验室根据现有研究的基础上,使用实验室制备固体超强酸催化剂,进行了合成1,4-环己二酮缩季戊四醇,季戊四醇四乙酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯,季戊四甲基丙烯酸酯、蒽醌、喹啉等合成反应进行了研究,对合成条件进行了优化,实验验证了催化剂在相关反应中表现了较好的催化活性。 在SO_4~(2-)/TiO_2-SnO_2型固体超强酸催化1,4-环己二酮双缩季戊四醇缩合反应中,主要对反应温度、反应物浓度比、催化剂的使用量、反应时间等条件进行了优化,产率达到78.5%。 在SO_4~(2-)/TiO_2-SnO_2型固体超强酸催化酯化反应中,着重研究了季戊四醇四乙酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、季戊四醇四甲基丙烯酸酯;对催化剂的使用量、反应时间、反应温度、物料摩尔比等酯化反应的影响等进行了考察,通过对反应条件的优化,酯化率可达87.4%、82%、86%。 在SO_4~(2-)/TiO_2-SnO_2型固体超强酸催化蒽醌的反应,考察了催化剂用量、反应温度、反应时间、溶剂用量等条件进行优化,产物的产率达到83.5%。 在SO_4~(2-)/TiO_2-SnO_2型固体超强酸催化喹啉的反应,考察了催化剂用量、反应温度、反应时间、物料比、溶剂用量等条件进行优化,产物的产率达到72.5%。 另外还研究了1,4-环己二酮双缩邻苯二胺缩合反应,主要对反应温度、反应物浓度比、催化剂的使用量、反应时间等条件进行了优化,产率达到82%。


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