微反应器中含氮杂环化合物的合成以及氧化苯乙烯的催化开环反应研究

论文摘要

微反应器技术由于其在化学工业中的成功应用而引起越来越广泛的关注。微反应器实质上是一种连续流动的管道式反应器,它的尺寸远远小于常规反应器。这种特殊结构使得其具有极大的比表面积,由此带来高效的传质和传热特性。将微反应器体系引入到有机合成反应中,可以精确控制反应温度,使得反应物料按精确配比瞬时混合,由此提高反应的收率、选择性和安全性。首先,我们对微反应器的结构特点,构建与设计,内部的催化修饰等进行了综述,并且举例介绍了其在有机合成中应用的发展现状。而后,我们构建了合适的微反应器体系,使用这套体系研究了芳胺类化合物与二溴代烷在水和乙醇的混合溶液体系中的成环反应,对一系列含氮杂环化合物进行了合成。使用微反应器,可对投料比例、反应保留时间等进行精确控制,在很短的时间内得到很高的反应产率。并且,以酯基取代的苯胺的成环反应为对象,我们研究了这套反应体系在提高反应选择性方面的优势。喹唑啉酮类化合物由于具有重要的医用价值而受到研究者们的关注。我们将这个反应引入到了微反应体系当中,以邻氨基苯甲酰胺为原料,以对甲基苯磺酸为催化剂,在高于溶剂沸点的温度下快速高效地合成了喹唑啉酮的一系列衍生物。与传统方法相比,使用微反应体系可以方便地提供高温高压的反应环境,操作简单,缩短了反应时间,提高了反应产率和选择性,产物分离方便,并且有利于工业上扩大生产。最后,我们尝试在微反应管道中负载固相催化剂,来进行氧化苯乙烯的酸催化开环反应。分别使用沉积法和直接反应镀层法,在微反应管道内负载了金属－有机骨架材料HKUST-1和丙二酸铜作为Lewis酸催化剂,进行了氧化苯乙烯的固－液相催化开环反应。在密闭的微管道内,催化反应取得了优于传统反应的结果。与传统反应相比,使用负载了催化剂的微反应管道大大缩短了反应时间,并且将催化修饰后的管道进行重复利用具有一定的可行性。

论文目录

• 目录
• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 引言
• 1.2 微反应器具有传统反应器无可比拟的优势
• 1.3 微反应器系统的构建与设计
• 1.4 微反应管道的催化修饰
• 1.4.1 液-固两相反应
• 1.4.2 气-固两相反应
• 1.4.3 气-液-固三相反应
• 1.4.4 相转移反应
• 1.5 微反应器在化学反应中的应用
• 1.5.1 常温下完成常规反应器在低温下才能实现的反应
• 1.5.2 安全地完成高温反应及易失控反应
• 1.5.3 利用微反应器提高反应选择性
• 1.5.4 其他方面的应用拓展
• 1.6 小结
• 第二章 芳胺与二溴代烷在微反应器中的成环反应研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验结果与讨论
• 2.2.1 构建的微反应系统
• 2.2.2 溶剂和反应物比例对产率的影响
• 2.2.3 反应保留时间对产率的影响
• 2.2.4 微反应器中不同取代苯胺的底物扩展研究
• 2.2.5 微反应器中不同二溴代烷的底物扩展研究
• 2.2.6 使用微反应器在反应选择性方面的优势
• 2.3 小结
• 2.4 实验部分
• 2.4.1 实验仪器与试剂
• 2.4.2 实验步骤与数据
• 第三章 微反应器条件下喹唑啉酮类化合物的合成研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验结果与讨论
• 3.2.1 反应体系的构建
• 3.2.2 邻氨基苯甲酸与脂肪族酮的反应
• 3.2.3 邻氨基苯甲酰胺与芳香族酮的反应
• 3.2.3.1 加入催化剂的量对反应的影响
• 3.2.3.2 温度和保留时间对反应的影响
• 3.2.4 芳香族酮底物的拓展研究
• 3.2.5 对其余底物的拓展研究
• 3.3 结论
• 3.4 实验数据
• 3.4.1 实验仪器与试剂
• 3.4.2 实验步骤与数据
• 第四章 金属有机骨架材料修饰的微反应器中催化反应的研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验与讨论
• 4.2.1 固定催化剂前不锈钢管道的表面化学处理及其对催化剂负载的影响
• 4.2.2 金属-有机骨架材料的合成及其在管道中的负载
• 3（btc）₂（H₂O）]（HKUS-1）的制备及其对金属管道的催化修饰'>4.2.2.1 [Cu₃（btc）₂（H₂O）]（HKUS-1）的制备及其对金属管道的催化修饰
• 4.2.2.2 丙二酸铜的制备及其对金属管道的催化修饰
• 4.2.3 HKUS-1的催化开环反应
• 4.2.4 丙二酸铜的催化开环反应
• 4.3 小结
• 4.4 实验仪器与数据
• 第五章 全文总结
• 参考文献
• 硕士期间发表的论文
• 致谢