氮杂环卡宾钯磁性纳米催化剂的合成及其在Suzuki偶联反应中的应用

论文摘要

发展绿色、可持续和经济的化学过程是化学科学所面临的主要挑战之一。除了对催化反应的效率和选择性的一贯要求,使原材料转化为有价值的化学品、药品和燃料,绿色化学还致力于减少废弃物的产生,提高原子效率和催化剂的重复利用率。磁性纳米材料是制备参与各种有机转换反应的多相催化剂的一个有吸引力的选择,尤其是其符合绿色化学的要求。易于从有机产物中分离回收重复利用,使得这些磁性纳米材料作为绿色可持续催化剂,更加具有吸引力。使用氮杂环卡宾作为配体,在钯催化的偶联反应中正在迅速地普及。这类双电子供体兼备强大的6-给电子能力和屏蔽性的立体构型,不仅能够稳定中心金属还能够提高其催化活性。故而大量的氮杂环卡宾钯络合物正在不断的涌现,它们在偶联反应中的应用也越来越受到关注。本文选用二氧化硅包覆的四氧化三铁纳米粒子作为载体,通过将氮杂环卡宾钯嫁接到载体表面,制备出氮杂环卡宾钯磁性纳米催化剂,并使用TEM, XPS, XRD, FT-IR, VSM等分析测试手段对催化剂进行表征。结果表明,Fe3O4@SiO2@Pd-NHC保留了载体Fe3O4@SiO2的核壳结构,氮杂环卡宾钯配合物成功连接到载体Fe3O4@SiO2表面。我们建立了一个快速高效的Suzuki偶联反应策略。在40℃下使用0.1 mo1%的钯催化剂,碘苯和溴苯的Suzuki偶联反应分别在15分钟和30分钟内即可完全反应。催化剂通过简单的磁性分离和洗涤即可循环使用,重复使用十次之后仍然能得到较好的反应产率。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 Suzuki偶联反应概述
• 1.2 多相钯催化剂的研究进展
• 1.2.1 钯碳催化剂
• 1.2.2 金属氧化物负载钯催化剂
• 1.2.3 硅铝酸盐介孔分子筛负载钯催化剂
• 1.2.4 聚合物负载钯催化剂
• 1.2.5 改性硅材料负载钯催化剂
• 1.2.6 其他载体的负载型钯催化剂
• 1.3 氮杂环卡宾（NHC）
• 1.3.1 氮杂环卡宾概述
• 1.3.2 氮杂卡宾钯的合成及应用
• 1.4 磁性纳米复合材料
• 1.4.1 磁性纳米材料
• 1.4.2 磁性纳米材料的合成
• 1.4.3 磁性纳米材料的表面功能化
• 1.5 论文设想及课题内容
• 参考文献
• 第二章 核壳结构磁性Fe304纳米材料的合成与表征
• 2.1 实验仪器与药品
• 2.1.1 实验仪器
• 2.1.2 实验药品
• 2.1.3 表征及测试方法
• 3O₄）'>2.2 磁性四氧化三铁纳米粒子的合成（Fc₃O₄）
• 3O₄@SiO₂）'>2.3 二氧化硅包裹的核壳型磁性纳米粒子的合成（Fe₃O₄@SiO₂）
• 2.3.1 溶剂使用量的影响
• 2.3.2 正硅酸乙酯相对使用量的影响
• 2.3.3 反应结束后分离洗涤方式的影响
• 2.4 二氧化硅包裹的核壳型磁性纳米粒子的表征
• 2.4.1 透射电镜分析（TEM）
• 2.4.2 能量色散X射线光谱分析（EDX）
• 2.4.3 X射线粉末衍射分析（XRD）
• 2.4.4 傅里叶红外分析（FT-IR）
• 2.4.5 振动探针式磁强计分析（VSM）
• 2.5 小结
• 参考文献
• 第三章 氮杂环卡宾钯磁性纳米催化剂的合成与表征
• 3.1 实验仪器与药品
• 3.1.1 实验仪器
• 3.1.2 实验药品
• 3.1.3 表征及测试方法
• 3O₄@SiO₂@Pd-NHC）'>3.2 氮杂环卡宾钯磁性纳米催化剂的合成（Fe₃O₄@SiO₂@Pd-NHC）
• 3.2.1 第一批催化剂的合成
• 3.2.2 第二批催化剂的合成
• 3.2.3 第三批催化剂的合成
• 3.3 氮杂环卡宾钯磁性纳米催化剂的表征
• 3.3.1 透射电镜分析（TEM）
• 3.3.2 能量色散X射线光谱分析（EDX）
• 3.3.3 原子吸收光谱（AAS）和元素分析
• 3.3.4 X射线粉末衍射分析（XRD）
• 3.3.5 热重分析（TGA）
• 3.3.6 X射线光电子能谱分析（XPS）
• 3.3.7 傅里叶红外分析（FT-IR）
• 3.3.8 振动探针式磁强计分析（VSM）
• 3.4 小结
• 参考文献
• 第四章 氮杂环卡宾钯磁性纳米催化剂对Suzuki偶联反应的催化研究
• 4.1 实验仪器与药品
• 4.1.1 实验仪器
• 4.1.2 实验药品
• 4.1.3 表征及测试方法
• 4.2 Suzuki偶联反应的反应参数的选择
• 4.2.1 反应溶剂的选择
• 4.2.2 反应温度的选择
• 4.3 Suzuki偶联反应的反应步骤
• 4.4 催化剂的循环使用寿命的研究
• 4.4.1 催化剂的循环性能考察步骤（苯硼酸）
• 4.4.2 催化剂的循环性能考察步骤（对甲基苯硼酸）
• 4.4.3 循环使用后的催化剂的表征
• 4.4.4 循环使用寿命结果分析
• 4.5 结论
• 参考文献
• 硕士期间的科研成果
• 致谢