含有全氟烷基磺酰亚胺基侧链聚苯乙烯的合成﹑表征及其催化研究

摘要

本文以交联的聚苯乙烯为高分子载体，通过一定的手段将全氟磺酰亚胺基团悬挂到高分子载体上，形成一种氮超酸式的离域结构而显示出很强的酸性，成为了一种新的强酸高分子(PPFSI)；同时，本文还就一些Lewis酸在PPFSI上的负载形式和方法进行了一些探索。为了评价PPFSI的物性和结构，用热重分析和可变温红外测试了热稳定性、用环境扫描电镜分析了氟化高分子孔洞结构的变化、用Hammett指示剂蒸汽吸附法测量了酸强度。结果表明，这种悬有全氟磺酰亚胺基团的聚苯乙烯（PPFSI）是一种能耐170℃高温的强酸高分子。同时，我们以酯化为模型反应，在10mol﹪PPFSI用量下考察了各种羧酸和醇的酯化反应。在120～125℃高温条件下，循环催化5次未发现PPFSI催化活性的降低，表明PPFSI是一种有效的、能耐较高温度的Br?nsted酸催化剂。由于氟化高分子相对于磺化高分子的特殊性（热稳定性﹑疏水性和强酸性），本文也在水相体系中考察了PPFSI的催化活性。并延长碳氟链，增加疏水性，探讨了在水相催化体系中碳氟链长的变化﹑疏水性﹑反应比例以及温度等对催化活性的影响。初步证实了反应物和催化剂形成的疏水环境推动反应平衡进行的原理，这为后面设计更为有效的水相体系的催化剂提供了理论指导。另外，本文也在PPFSI上进行了一些Lewis酸负载的探索和尝试，但我们发现反应体系﹑溶涨试剂﹑反应温度以及与金属阳离子成键的阴离子位阻都与负载量和负载牢固的程度有着很大的关系，这就为后面开展Lewis酸负载的工作打下了很好的基础。