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基于多金属氧酸盐的可循环催化剂的合成、表征及催化应用

薛小玲  
【摘要】:多金属氧酸盐由于其固有的酸性和氧化还原性,作为性能良好的高效“双功能”催化剂在选择性催化氧化反应领域,如烯烃环氧化,硫化物氧化,醇氧化和醛和酮的氨氧化反应等有机反应中,已得到广泛应用。传统的均相多酸催化剂虽然在催化活性上具有优势,然而由于其价格昂贵,其回收和循环使用一直备受关注。 本论文主要研究了以下四个基于多酸的可循环催化剂的有机催化反应体系: 1.合成了三钒取代的Keggin型多酸K6PW9V3O404H2O,将其作为催化剂,在异丙醇做溶剂的条件下,使用H2O2(30%), NH3H2O(25%)在室温下实现了一系列醛和酮化合物的氨氧化反应,选择性地生成相应的肟化合物,得到了较高的转化率和选择性。催化剂在溶剂中不溶,表现为多相,在反应后可以回收再利用,催化剂循环三次后活性并没有明显的降低。将新鲜及回收的催化剂使用FT-IR,31P NMR,元素分析等表征方法进行了表征,并提出了可能的反应机理。 2.合成了一种具有温度控制相转移特性的多酸[(C18H37)2(CH3)2N]7PW11O39,(?)其作为催化剂,使用绿色的H2O2作为氧化剂,高效地实现了一系列含硫化合物包括噻吩和硫醚衍生物的选择性氧化,生成相应的砜。反应在60℃,0.5h,1,4-二氧六环做溶剂的条件下进行,底物转化率均≥96%。催化剂在室温下不溶于溶剂,当反应温度升高后,催化剂溶解,反应过程中表现为均相,反应后随着温度的降低,催化剂又逐渐析出,实现了催化剂的可循环利用,催化剂循环6次后对苯并噻吩的选择性氧化活性并没有明显降低。新鲜和回收的催化剂均使用FT-IR,31P NMR,元素分析等表征方法进行了表征,并提出了催化过程的机理。 3.分别用两种合成方法将Δ-NagH[PW9O34]·19H2O均相催化剂固载于碳纳米管,并应用于各类烯烃环氧化反应中,以提高催化活性,反应在65℃,3h,乙腈做溶剂的条件下进行,环氧化物的产率均≤20%,证明催化剂活性并没有显著提高,可能是由于固载没有成功或多酸的固载量太少导致的。 4.合成了三种过渡金属(Cu,Fe,V)取代的多酸催化剂,用于甲苯的C-H键活化催化反应研究,从改变反应温度,溶剂,氧化剂,催化剂用量等不同条件出发,优化了反应条件,以提高苯甲醛的产率和选择性。最终确定了将a-K6[SiW11O39Cu(H2O)]作为催化剂,使用叔丁基过氧化氢(TBHP)为氧化剂,甲苯:TBHP=5:1,温度80℃,1ml乙腈作溶剂,5μmol催化剂用量为最佳反应条件,苯甲醛产率为20%,选择性为56%。


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