超交联微孔聚合物多相催化剂制备及其在有机反应中的应用研究

摘要

超交联聚合物（HCPs）自身拥有疏水性有机骨架、高比表面积和丰富的永久孔道结构，还具有合成成本较低、孔径可调、功能单体多样和稳定性高等优点。因此，HCPs是制备多相催化剂的理想载体材料。本论文利用HCPs合成了多种金属或有机多相催化剂，并将其应用于多种有机反应。本论文研究不但拓宽了超交联聚合物在非均相催化领域的应用，还借助HCPs催化材料的特点解决了部分有机合成反应存在的问题。研究内容具体如下：
　　1）以苯和三苯基膦为单体，通过超交联聚合反应和金属配位，以较低成本合成了多相钌催化剂（HCP–PPh3–Ru）。经光谱学表征，该催化剂具有较高比表面积和较好的热稳定性。HCP–PPh3–Ru可作为一种高效、可回收催化剂用于催化2,4-二芳基取代吡啶和取代二氢呋喃衍生物的合成反应。借助HCP–PPh3–Ru与固体酸Amberlyst-15构建的组合催化体系，通过简单的“一锅两步法”，实现了由羰基叠氮化合物到咔唑衍生物的高效转化。在上述反应中，HCP–PPh3–Ru和Amberlyst-15均可回收再利用。
　　2）以苯和氮杂卡宾为单体，通过超交联聚合反应和金属配位络合，以较低成本合成了多相铜催化剂（HCP–NHC–Cu）。经光谱学表征，该催化剂具有较高的比表面积和较好的热稳定性。HCP–NHC–Cu催化剂在苯乙炔、碘苯与NaN3的三组分Click反应、Ullmann C–N偶联和Glaser氧化偶联反应中均表现出了较高催化活性。借助HCP–NHC–Cu催化剂首次发展了吲哚、1,3-二羰基化合物和苯甲酰甲醛之间的氧化缩合制备多取代烯烃化合物的反应。在上述反应中，HCP–NHC–Cu均可回收，且可重复使用多次而无明显活性降低。
　　3）合成了一种具有空心球状结构的酸碱双功能催化剂（HCP–A–B）。在合成过程中，利用Friedel–Crafts反应倾向于发生在HCPs载体中富电子芳烃位点的特性和超交联载体的微球结构，通过酸碱先后改性，可控合成了酸碱双功能催化剂。HCP–A–B在催化缩醛水解-Henry和缩醛水解-Knoevenagel两个串联反应中展现了较高催化活性和水热稳定性。利用该催化剂的高水热稳定性，以2-烷氧基-3,4-二氢吡喃为原料，发展了一种简单、高效合成环己烯酮衍生物的方法；反应机理和动力学研究发现该反应是以下多个不同类型反应的串联：（1）酸催化取代二氢吡喃水解开环、（2）碱催化分子内Aldol缩合、（3）酸催化Aldol产物脱水环化。催化剂HCP–A–B在上述有机反应中不但展现了非常好催化性能，而且具有高水热稳性，可循环使用至少14次而没有明显的活性降低。
　　4）分别以4-二苯胺磺酸钠和苄胺为单体，通过与苯发生超交联聚合反应，合成了具有酸/碱催化能力的单功能催化剂。催化剂中的酸/碱位点由功能单体直接一步引入。该方法所得催化剂中酸/碱含量可在一定程度上实现调控。将超交联酸/碱催化剂物理混合形成的酸-碱共催化体系可高效地催化缩醛去保护-Henry和缩醛去保护-Knoevenagel两种酸碱串联反应。该方法所构建酸-碱共催化体系不仅可以实现催化剂回收和重复利用，还可以根据某些酸碱反应的具体需求“量体裁衣”地调节酸碱比例，因此具有一定的实际应用价值。

目录

声明

1绪论

1.1均相催化剂固载化概述

1.2微孔有机聚合物概述

1.3 功能化MOPs在有机催化领域中的应用

1.4本论文选题思路

1.5参考文献

2 超交联聚合物固载钌络合物催化剂的合成及其在有机反应中的应用研究

2.1 研究背景

2.2 结果与讨论

2.3 本章小结

2.4 实验部分

2.5 参考文献

3 超交联氮杂卡宾铜催化剂的合成及在有机反应中的催化应用研究

3.1 研究背景

3.2 结果与讨论

3.3 本章小结

3.4实验部分

3.5 参考文献

4 超交联空心微球酸碱双功能催化剂的合成及在有机串联反应中的应用研究

4.1 研究背景

4.2 结果与讨论

4.3 本章小结

4.4 实验部分

4.5 参考文献

5 超交联聚合物单功能酸/碱催化剂的合成及联合催化有机串联反应研究

5.1 引言

5.2 结果与讨论

5.3 本章小结

5.4 实验部分

5.5 参考文献

全文总结

致谢

附录1代表化合物核磁谱图

附录2 攻读博士学位期间发表的论文