固体酸催化剂及在有机合成中的催化应用研究

论文摘要

酸类催化反应是催化领域的一个重要组成部分,尤其是近年来兴起的固体酸催化剂,它所表现出的优异特性及对环境的友好行为引起人们极大的兴趣。其中固体超强酸因其具有很高的酸强度,催化效率高,无环境污染,易分离,不腐蚀设备以及可重复使用和再生等优点,日益受到广大科学工作者的关注,具有广阔的工业应用前景。但由于固体超强酸存在非均相催化、催化温度偏高、选择性差等缺点,人们开始探索有机-无机复合材料,以及有机-高分子复合材料在催化方面的应用,使其既能达到有机酸的均相催化效果,又能实现产品的有效分离。本文对SO42-/MxOy型固体超强酸催化剂在有机合成中的应用作了研究；并对有机-高分子催化功能材料进行了探索。本文的第一部分是文献综述,介绍了固体酸催化剂和有机-无机复合材料、有机-高分子复合材料的研究进展。在固体酸催化剂的研究综述中,介绍了固体酸催化剂的分类以及应用概况,重点介绍了固体超强酸催化剂的制备、表征方法以及在有机合成中的应用现状。对有机-无机复合和有机-高分子复合材料的综述中,介绍了复合材料的分类以及两种常见的制备方法：嫁接法和缩合法。重点介绍了磺酸官能化材料和纤维素高分子材料的研究和应用现状。本文的第二部分是实验及结果讨论部分,用本科研室制备的SO42-/MxOy型固体超强酸催化剂合成吡啶、甲基吡啶、吡咯烷以及N-苯基吡咯烷的反应,以及探索性的研究了对甲苯磺酸-纤维素复合功能材料的制备和表征方法,并对结果进行了讨论。SO42-/MxOy型固体超强酸固定床催化合成甲基吡啶类化合物的研究中,考察了反应温度、进料速度以及原料配比对产品组成和产率的影响,优化了反应条件,使产品的总产率达到60.16%。SO42-/MxOy型固体超强酸固定床催化合成吡啶和3-甲基吡啶的研究中,考察了反应温度、进料速度以及原料配比对产品组成和产率的影响,优化了反应条件,使产品的总产率达到62.4%。SO42-/MxOy型固体超强酸固定床催化合成吡咯烷的研究中,考察了反应温度、进料速度以及原料配比对产品产率的影响,优化了反应条件,使产品的总产率达到79.5%。SO42-/MxOy型固体超强酸固定床催化合成N-苯基吡咯烷的研究中,考察了反应温度、进料速度以及原料配比对产品产率的影响,优化了反应条件,使产品的总产率达到86.3%。结合有机-高分子材料的制备方法,设计路线合成对甲苯磺酸-纤维素复合功能材料,并对这一新材料进行了BET、IR、TEM等表征,证明了该合成路线的可行性,并将其应用于催化环己醇脱水的反应以检验其催化性能,在该实验中磺酸-纤维素复合功能材料表现出了一定的催化活性,但是催化效率并不理想。究其原因,笔者认为是由于对甲苯磺酸的负载量较少所导致的,所以磺酸-纤维素复合功能材料的合成条件有待优化。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 引言
• 1.1 固体酸催化剂的概述
• 1.1.1 固体酸催化剂的分类
• 1.1.2 固体酸催化剂的研究进展
• 1.2 有机-无机复合及纤维素类高分子材料的研究概况
• 1.2.1 有机-无机复合材料的研究进展
• 1.2.2 纤维素类高分子材料的概述
• 1.3 课题研究思路
• 第二章 实验部分及结果讨论
• 2.1 固体超强酸催化合成有机反应的应用
• 2.1.1 固体超强酸催化合成烷基吡啶类化合物的研究
• 2.1.2 固体超强酸催化合成吡啶及3-甲基吡啶的研究
• 2.1.3 固体超强酸催化合成吡咯烷的研究
• 2.1.4 固体超强酸催化合成N-苯基吡咯烷
• 2.2 对甲苯磺酸-纤维素复合功能材料的制备
• 2.2.1 试剂与仪器
• 2.2.2 碱化脱脂棉的制备
• 2.2.3 对溴甲基苯磺酰氯的合成
• 2.2.4 对甲基苯磺酸-纤维素复合功能材料的合成
• 2.2.5 产品表征
• 2.2.6 负载条件的优化
• 2.2.7 结论
• 参考文献
• 在校期间的研究成果及发表的学术论文
• 致谢