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NHC-CO_2催化CO_2与环氧化物环加成反应的设计与研究

作　者: 刘翠华
导　师: 吕小兵
学　校: 大连理工大学
专　业: 应用化学
关键词: 氮杂环卡宾 二氧化碳加合物 环状碳酸酯 环加成反应 MCM-41负载化
分类号: O643.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


论文设计合成了一系列的NHC-CO2加合物,并将其作为催化剂首次应用于催化二氧化碳与环氧化物的环加成反应,考察了这类催化剂的分子结构对催化性能的影响。研究表明,NHC-CO2的稳定性对其催化活性具有一定的影响。在相同反应条件下,IPr-CO2（3b）具有相对最高的催化活性。在120℃,2.0 Mpa CO2初始压力下催化反应24h即可达到100%的产率,且100%选择性地得到碳酸丙烯酯。将SalenAlEt与IPr-CO2组成亲电-亲核双组分催化体系,用于催化二氧化碳与环氧化物的环加成反应,实验结果表明其催化活性显著高于单一组分的IPr-CO2催化剂,在120℃,2.0 Mpa CO2初始压力下催化反应8h即可达到100%的产率。推测由于该共催化体系中存在Lewis酸碱协同催化作用,从而使其催化活性得到了显著提高。基于以上分析,将SalenAlEt/IPr-CO2用于催化trans-氘代环氧己烷与CO2反应,初步探讨了该催化过程的反应机理。为了提高NHC-CO2加合物的稳定性以使其能够循环使用,分别设计合成了中性、酸性MCM-41分子筛负载的NHC-CO2加合物,将它们应用于催化二氧化碳和环氧化物的环加成反应中,考察了其结构及对催化性能的影响,并对其循环使用的可行性进行了初步探讨。实验结果显示,由于Al-MCM-41-NHC-CO2中的Lewis酸性位Al与Lewis碱性位NHC或NHC-CO2之间存在一定的协同作用,从而使其催化活性显著高于Si-MCM-41-NHC-CO2。以Al-MCM-41-NHC-CO2为例对负载催化剂的循环使用进行了简单测定,经三次循环反应催化活性未见明显下降,说明负载化的NHC-CO2具有循环使用的可行性,详细情况有待进一步研究。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-30
  1.1 CO_2的化学利用  8-9
  1.2 CO_2与环氧化物的环加成反应研究进展  9-23
    1.2.1 均相催化剂体系  9-16
    1.2.2 非均相催化剂体系  16-23
  1.3 氮杂环卡宾作为有机小分子催化剂的应用  23-28
    1.3.1 氮杂环卡宾的结构  23-24
    1.3.2 氮杂环卡宾作为有机催化剂的研究进展  24-28
  1.4 选题依据与论文构思  28-30
2 NHC-CO_2加合物催化CO_2与环氧化物的环加成反应  30-43
  2.1 引言  30-31
  2.2 实验部分  31-37
    2.2.1 主要原料与试剂  31
    2.2.2 实验仪器  31
    2.2.3 咪唑型NHC-CO_2加合物催化剂的合成  31-34
    2.2.4 咪唑啉型NHC-CO_2加合物催化剂的合成  34-35
    2.2.5 氘代环氧烷烃的合成  35-36
    2.2.6 CO_2与环氧化物的环加成反应  36-37
  2.3 结果与讨论  37-43
    2.3.1 NHC-CO_2催化剂催化的环加成反应  37-39
    2.3.2 SalenAlEt/NHC-CO_2催化剂催化的环加成反应  39-43
3 MCM-41-NHC-CO_2加合物催化CO_2与环氧化物的环加成反应  43-57
  3.1 引言  43
  3.2 实验部分  43-51
    3.2.1 主要原料与试剂  43-44
    3.2.2 实验仪器  44
    3.2.3 载体MCM-41分子筛的制备  44-45
    3.2.4 MCM-41-NHC-CO_2催化剂6的合成  45-48
    3.2.5 MCM-41-NHC-CO_2催化剂7a、7b的合成  48-50
    3.2.6 CO_2与环氧化物的环加成反应  50-51
    3.2.7 固载催化剂的循环使用测定  51
  3.3 结果与讨论  51-57
    3.3.1 MCM-41分子筛负载NHC-CO_2催化剂的XRD和红外表征  51-52
    3.3.2 Si-MCM-41-NHC-CO_2催化的环加成反应  52-54
    3.2.3 Al-MCM-41-NHC-CO_2催化的环加成反应  54-55
    3.2.4 MCM-41分子筛负载NHC-CO_2催化剂的稳定性研究  55-57
结论  57-58
参考文献  58-62
附录A 典型化合物的核磁表征  62-67
附录B 典型化合物的红外光谱  67-70
附录C 典型化合物的质谱表  70-71
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  71-72
致谢  72-73

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中图分类: > 数理科学和化学 > 化学 > 物理化学（理论化学）、化学物理学 > 化学动力学、催化作用 > 催化
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