论文摘要
随着绿色化学在新型催化剂方面的研究不断深入，人们越来越重视其在化学反应中的应用研究，而新型催化剂主要包括固体酸催化剂、固体碱催化剂、金属催化剂等。这些催化剂不仅具有较高的催化活性和选择性，而且催化剂和反应体系易于分离，可以再生和连续使用，对设备无腐蚀性，且减少了环境污染，是未来绿色化学的重要研究内容。本文将原硅酸四乙酯（TEOS）和3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）采用溶胶-凝胶法在强酸条件下制备了四种固体碱催化剂cat-5-p、cat-10-p、cat-15-p、cat-20-p，用于催化二茂铁甲醛与丙二酸二乙酯的Knoevenagel缩合反应和二茂铁甲醛与苯乙酮及其对位取代衍生物的Claisen—Schmidt缩合反应，考察这四种碱的催化活性，结果显示反应极易进行，且固体碱cat-5-p和cat-10-p的催化效果更好。以cat-10-p为例，在催化上述两类缩合反应时，产率分别为90.2％（反应30min）和82.0％（4.5h）。同时研究了苯环对位取代基团及反应物投料摩尔比对反应的影响。对催化效率高的固体碱cat—10—p的重复利用情况做了研究，结果显示，在催化二茂铁甲醛与苯乙酮的反应时，重复使用5次后还有较好的催化效果。根据固体碱的N2吸附-脱附等温线求得BET比表面积，确定了催化剂的孔结构及孔径分布的变化规律，并通过红外光谱、29Si MAS NMR谱和13C CP（交叉极化） MAS NMR谱、差热-热重分析等测试手段对固体碱进行表征。表征结果显示，cat-5-p和cat-10-p两种固体碱具有大量中孔，孔径分布范围窄，集中分布在3-4nm，且具有较理想的催化活性，而cat-15-p和cat-20-p仅有极少的中孔，催化活性不理想。同时发现孔容积随着固体碱中APTES的x摩尔分数增加而降低。因此，催化剂的孔径分布和孔容积对其催化活性至关重要。通过对固体碱差热-热重曲线的分析，可以知道该固体碱的结构及性能对热不稳定，不适合用在高温下的反应。