咪唑鎓盐及N-杂环卡宾催化合成DMF

论文摘要

DMF即N,N一二甲基甲酰胺,是一种重要的有机溶剂和化工原料,被广泛应用于医药、电子、腈纶、燃料等行业。DMF合成的一般方法是利用CO和NH（CH3）2在甲醇钠的催化下合成。甲醇钠易和原料中的杂质如H2O、O2、CO2等生成甲酸钠、碳酸钠结晶而堵塞管道,且清洗时有大量的废水排出,对环境造成很大的污染。因此,寻找DMF合成的新方法和新催化剂是非常有必要的。本文首先综述了 DMF的合成方法,特别是2000年后DMF合成的新技术、新方法,并对各种合成DMF的催化剂以及合成路线的优缺点进行了讨论。同时,叙述了离子液体及N-杂环卡宾的发展和应用,尤其是对N-杂环卡宾作为有机小分子催化剂用于各类有机合成反应进行了综合叙述。随着越来越多的N-杂环卡宾被人们合成出来并应用到有机反应中,其独特的催化性能也为人们寻找新的、性能良好的催化剂开辟了崭新的视野。在综述前人研究工作的基础上,本文合成了[Bmim]Cl、[Bmim]OH、[Emim]Br、[Emim]OH、[NBuPy]Cl、[NBuPy]OH 等离子液体和IPr、IMes等N-杂环卡宾。本文着重描述了上述离子液体和N-杂环卡宾的合成方法,并讨论了合成过程中主要的影响因素。将合成制备的离子液体和N-杂环卡宾催化剂应用于由有机胺和CO合成DMF的反应中,DMF的产率最高可以达到93.36%,而且催化剂可以套用。本文考察了反应温度、反应压力、催化剂用量等反应条件对CO和NH（CH3）2合成DMF产率的影响,并优化得到最佳的反应条件为:反应温度为130°C、溶剂200 ml、反应压力3 MPa、反应时间36 h、二甲胺1mol、催化剂IPr用量2mmol时,DMF的产率可以达到47.64%。当增大催化剂的用量至5 mmol时,在同样的反应条件下,DMF的产率可以达到93.36%,而且催化剂可以套用。本文提出了一条新的合成DMF的催化剂体系,实验证明用N-杂环卡宾催化CO和NH（CH3）2反应合成DMF的羰基化反应是可以进行的,这也为DMF的合成提供了一种新的方法。该方法解决了目前采用甲醇钠作为催化剂由有机胺和一氧化碳为原料合成DMF工艺中存在的结晶、堵塞、环境污染等问题,为今后进一步研究DMF的合成提供了新的途径。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 DMF的合成及N-杂环卡宾（NHCS）的研究进展
• 1.1 前言
• 1.2 合成DMF的方法
• 1.2.1 合成DMF常用的方法
• 1.2.2 DMF合成的新方法
• 1.3 离子液体
• 1.4 N-杂环卡宾做催化剂合成DMF
• 1.4.1 N-杂环卡宾（NHCs）的研究进展
• 1.4.2 N-杂环卡宾作小分子催化剂在有机合成反应中的应用
• 1.5 实验可行性分析
• 1.6 本章小结
• 参考文献
• 第二章 催化剂的合成
• 2.1 实验试剂
• 2.2 实验仪器
• 2.3 催化剂的合成
• 2.3.1 离子液体的合成
• 2.3.2 N-杂环卡宾合成
• 2.4 反应装置及流程
• 2.4.1 反应装置
• 2.4.2 实验流程
• 2.4.3 实验过程
• 2.5 本章小结
• 参考文献
• 第三章 咪唑鎓盐及N-杂环卡宾催化合成DMF
• 3.1 催化剂的选择
• 3.1.1 咪唑鎓盐做催化剂
• 3.1.2 N-杂环卡宾做催化剂
• 3.2 N-杂环卡宾做催化剂反应条件的选择
• 3.2.1 反应压力的选择
• 3.2.2 反应原料的选择
• 3.2.3 反应溶剂的选择
• 3.2.4 催化剂的套用
• 3.3 催化机理
• 3.4 本章小结
• 第四章 结论与展望
• 4.1 结论
• 4.2 论文创新之处
• 4.3 展望
• 化合物表征
• 附录
• 致谢