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功能化离子液体的设计、合成及应用
作 者: 王佳毅
导 师: 宋恭华
学 校: 华东理工大学
专 业: 应用化学
关键词: 离子液体 还原 suzuki偶联反应 非均相催化剂 自组装 胶原蛋白
分类号: O621.3
类 型: 博士论文
年 份: 2010年
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内容摘要
本文设计、合成了一系列未见文献报道的功能化离子液体,用于活化的不饱和双键的还原,催化含取代基卤代苯和苯硼酸的Suzuki偶联反应,两亲性物质自组装,胶原蛋白溶解度和稳定性研究:1、设计、合成了一种硼氢根功能化离子液体,硼氢化3-丁基-1-甲基咪唑([bmim][BH4]),其结构经1H NMR、13C NMR及高分辨ESI确证。该功能化离子液体可在无金属催化剂存在下用于活化的不饱和共轭双键的高效还原。对于α,β,γ,δ共轭二烯,能够选择性的还原α,β位的双键,而对γ,δ位双键没有影响。还原产物经1H NMR、13C NMR以及GC-MS或HRMS鉴定。该离子液体还原剂可方便地实现再生,再生的离子液体还原剂至少可套用三次而还原产率没有明显降低。2、设计合成了三种功能化离子液体共聚物/聚合物,通过配位、还原的方法,成功地将Pd负载于聚合物。通过ICP-AES测定,各种聚合物的Pd上载量分别为:Pd@poly-Sty-co-CN-Cl:0.1 wt%; Pd@poly-Sty-co-diOH-Cl:0.96 wt%; Pd@poly-CN-PF6:10 wt%。发现Pd@poly-Sty-co-diOH-Cl是Suzuki反应的高效催化剂,在70℃,0.05 mol%Pd用量下,该催化剂可以有效地催化各种取代基的碘苯/溴苯与苯硼酸的Suzuki反应。通过简单的过滤,催化剂可以回收利用至少5次,催化活性没有明显降低。TEM分析得知,Pd@poly-Sty-co-diOH-Cl中Pd的分散状态良好,平均粒径约为3 nm,且套用3次后的催化剂未出现明显的聚集现象。Poly-CN-PF6可作为水溶液中Pd, Pt等重金属离子潜在的回收或清除试剂。3、设计、合成了25种氨基酸衍生的质子性离子液体,其结构经1H NMR、13C NMR和元素分析鉴定,系统测定了其物理化学性质和热性质,并尝试分析了结构-物性之间的关系。发现其中三种离子液体(AlaMG, ProMN和ProMG)对阳离子表面活性剂CTAB和非离子型表面活性剂Myverol 18-99K的自组装具有促进作用。4、合成了一系列基于直链型或环型胺的质子性离子液体,其结构经1H NMR、13C NMR鉴定。测定了胶原蛋白(鼠尾胶原蛋白typeⅢ)在这一系列质子性离子液体中的溶解度,发现胶原蛋白难溶于无水离子液体中,但在离子液体中加入一定量的水后,胶原蛋白的溶解性可获得大幅度提高。通过动态光散射法(DLS)和差热分析(DSC),讨论了胶原蛋白在这一系列离子液体水溶液中的稳定性。尝试胶原蛋白从离子液体水溶液中再生,发现胶原蛋白在PON水溶液中的再生效果和重复性好,可以得到一种线状的再生蛋白晶体。
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全文目录
摘要 5-7 Abstract 7-13 第1章 绪论 13-34 1.1 离子液体概述 13-16 1.1.1 离子液体的发展历史 13-14 1.1.2 离子液体的构成 14-15 1.1.3 离子液体的物理化学性质 15-16 1.1.3.1 熔点 15-16 1.1.3.2 密度和粘度 16 1.1.3.3 蒸汽压和热稳定性 16 1.2 离子液体作为溶剂 16-19 1.2.1 离子液体作为化学反应介质 16 1.2.2 离子液体用于生物技术领域 16-19 1.3 功能化离子液体及其应用 19-26 1.3.1 功能化离子液体作为催化剂 20-22 1.3.2 功能化离子液体应用于液相平行合成 22-24 1.3.3 功能化离子液体负载金属催化剂或作为金属稳定剂 24-25 1.3.4 功能化离子液体用于制备纳米材料 25-26 1.4 质子性离子液体 26-27 参考文献 27-34 第2章 硼氢根离子液体[bmim][BH_4]还原共轭双键 34-55 2.1 概述 34 2.2 实验部分 34-48 2.2.1 实验试剂及仪器 34 2.2.2 硼氢化3-丁基-1-甲基咪唑([bmim][BH_4])的合成 34-35 2.2.3 功能化离子液体[bmim][BH_4]与常用溶剂的互溶性测定 35 2.2.4 含共轭烯烃的化合物制备 35-40 2.2.5 硼氢化3-丁基-1-甲基咪唑([bmim][BH_4])还原共轭烯烃 40-47 2.2.6 离子液体的回收及离子还原试剂的再生 47-48 2.3 结果与讨论 48-51 2.3.1 离子液体阳离子的选择 48 2.3.2 硼氢化3-丁基-1-甲基咪唑([bmim][BH_4])与常用溶剂的互溶性 48 2.3.3 功能离子液体[bmim][BH_4]还原共轭双键 48-51 2.3.3.1 反应条件的选择及优化 48-50 2.3.3.2 取代活泼共轭双键的还原 50-51 2.3.4 离子液体回收及还原剂再生 51 2.4 小结 51-52 参考文献 52-55 第3章 离子液体共聚物负载Pd催化水相Suzuki反应 55-79 3.1 概述 55-56 3.2 实验部分 56-67 3.2.1 实验试剂及仪器 56 3.2.2 离子液体单体的合成 56-57 3.2.2.1 3-(2,3-二羟基丙基)-1-乙烯基咪唑氯盐的合成 56 3.2.2.2 3-腈甲基-1-乙烯基咪唑氯盐的合成 56-57 3.2.2.3 3-腈甲基-1-乙烯基咪唑六氟磷酸盐的合成 57 3.2.3 聚合物的合成 57-59 3.2.3.1 聚3-(2,3-二羟基丙基)-1-乙烯基咪唑氯盐(poly-diOH-Cl)的合成 57 3.2.3.2 聚3-腈甲基-1-乙烯基咪唑氯盐(poly-CN-Cl)的合成 57-58 3.2.3.3 [3-(2,3-二羟基丙基)-1-乙烯基咪唑氯盐]-苯乙烯共聚物(poly-Sty-co-diOH-Cl)的合成 58 3.2.3.4 (3-腈甲基-1-乙烯基咪唑氯盐)-苯乙烯共聚物(poly-Sty-co-CN-Cl)的合成 58-59 3.2.3.5 聚3-腈甲基-1-乙烯基咪唑六氟磷酸盐(poly-CN-PF_6)的合成 59 3.2.4 离子液体共聚物负载Pd催化剂的制备 59-62 3.2.4.1 H_2PdCl_4水溶液(0.01 M)的制备 59 3.2.4.2 [3-(2,3-二羟基丙基)-1-乙烯基咪唑氯盐]-苯乙烯共聚物负载Pd(Pd@poly-Sty-co-diOH-Cl)的制备 59-60 3.2.4.3 (3-腈甲基-1-乙烯基咪唑氯盐)-苯乙烯共聚物负载Pd(Pd@poly-Sty-co-CN-Cl)的制备 60-61 3.2.4.4 聚3-腈甲基-1-乙烯基咪唑六氟磷酸盐负载Pd(Pd@poly-CN-PF_6)的制备 61-62 3.2.5 Pd@poly-Sty-co-diOH-Cl催化Suzuki反应 62-67 3.2.6 Pd@poly-Sty-co-diOH-Cl的回收套用 67 3.3 结果与讨论 67-75 3.3.1 Pd负载量 67-68 3.3.2 TEM分析 68 3.3.3 聚合物在各种溶剂中的溶解性 68-69 3.3.4 水不溶性聚合离子液体负载Pd催化Suzuki反应 69-72 3.3.4.1 催化剂与反应溶剂的选择 69-70 3.3.4.2 碱的选择 70-71 3.3.4.3 催化剂用量 71 3.3.4.4 反应温度 71-72 3.3.4.5 优选的反应条件 72 3.3.5 Pd@poly-Sty-co-diOH-Cl催化不同取代基卤代苯和苯硼酸的Suzuki反应 72-73 3.3.6 催化剂的回收套用 73-74 3.3.7 离子液体聚合物poly-CN-PF_6作为水溶液中Pd,Pt等重金属离子清除剂 74-75 3.4 小结 75 参考文献 75-79 第4章 基于氨基酸酯的质子性离子液体物理化学性质及促进两亲性物质自组装 79-107 4.1 概述 79-80 4.2 实验部分 80-92 4.2.1 实验试剂与仪器 81 4.2.2 基于氨基酸酯的质子性离子液体的合成 81-92 4.2.2.1 氨基酸酯的合成 81-83 4.2.2.2 基于氨基酸酯的质子性离子液体的合成 83-92 4.2.3 基于氨基酸酯的质子性离子液体促进两亲性物质自组装的测定 92 4.3 实验结果与讨论 92-104 4.3.1 质子性离子液体的稳定性 92-94 4.3.2 聚集度和电离度 94 4.3.3 热性质 94-98 4.3.3.1 玻璃化转变 95-96 4.3.3.2 熔点 96-97 4.3.3.3 热稳定性 97-98 4.3.4 物理化学性质 98-103 4.3.4.1 密度和摩尔体积 99-100 4.3.4.2 折光率 100 4.3.4.3 气液表面张力 100-101 4.3.4.4 粘度 101-102 4.3.4.5 离子电导率 102-103 4.3.5 促进自组装行为 103-104 4.4 小结 104 参考文献 104-107 第5章 胶原蛋白在质子性离子液体中的溶解性和稳定性 107-128 5.1 概述 107 5.2 实验部分 107-113 5.2.1 实验试剂与仪器 107-108 5.2.2 质子性离子液体的合成 108-111 5.2.2.1 质子性离子液体阴阳离子的选择 108 5.2.2.2 质子性离子液体的合成 108-111 5.2.3 胶原蛋白、明胶在质子性离子液体中的溶解度测定 111 5.2.4 蛋白质粒径分布的测定 111-112 5.2.5 DSC测试方法 112 5.2.6 离子液体水溶液中胶原蛋白的再生 112-113 5.3 结果与讨论 113-124 5.3.1 胶原蛋白、明胶在质子性离子液体中的溶解度 113-114 5.3.2 离子液体水溶液的粘度和折光率 114-115 5.3.3 离子液体水溶液中蛋白质的粒径分布 115-117 5.3.3.1 胶原蛋白在95wt%EAN中的粒径分布 116 5.3.3.2 变性胶原蛋白在95wt%EAN中的粒径分布 116 5.3.3.3 明胶在95wt%EAN中的粒径分布 116-117 5.3.3.4 蛋白质在95wt%离子液体水溶液中的粒径分布 117 5.3.4 胶原蛋白在离子液体水溶液中的稳定性 117-122 5.3.4.1 固态及0.1M乙酸水溶液中胶原蛋白/明胶的热差分析 117-118 5.3.4.2 胶原蛋白溶于95wt%离子液体水溶液的热差分析 118-119 5.3.4.3 胶原蛋白溶于90wt%离子液体水溶液的热差分析 119-120 5.3.4.4 胶原蛋白溶于80wt%离子液体水溶液的热差分析 120-121 5.3.4.5 胶原蛋白的变性温度比较 121 5.3.4.6 室温下胶原蛋白在离子液体水溶液中的稳定性 121-122 5.3.5 离子液体水溶液中胶原蛋白的再生 122-124 5.4 小结 124-125 参考文献 125-128 第6章 结论 128-129 致谢 129-130 附录:攻读博士学位期间发表的论文 130
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中图分类: > 数理科学和化学 > 化学 > 有机化学 > 有机化学一般性问题 > 有机合成化学
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