细菌纤维素负载钯催化剂对Heck和Suzuki偶联反应的催化性能研究

摘要

钯催化的Heck反应和Suzuki反应是有机化学中构建C=CX2键和C-C单键的重要反应,它们在化学界中受到了广泛的关注。均相钯催化剂有其难分离、难回收利用等缺点,因此发展高活性、高选择性、使用寿命长且易分离回收的非均相钯催化体系是个非常重要的课题。
　　 本文所使制备的这种新型钯催化剂使用的载体是由木醋杆菌发酵而来的细菌纤维素,其有着独特的空间结构、良好的力学性能、稳定的化学性能、高纯度、高结晶度、好的相溶性。我们采用水热法原位还原制各了细菌纤维素负载钯催化剂,并对其结构、形貌进行了表征,同时对其在Heck和Suzuki偶联反应中的催化性能进行研究,获得了如下主要研究结果:
　　 (1)分别对细菌纤维素原材料和制得的催化剂进行透射电镜扫描(TEM)、热重分析(TGAI)、红外分析(FTIR)、X射线衍射分析(XRD)、X射线光电子能谱分析(XPS)这一系列表征,得知钯在细菌纤维素上的分散非常均匀,粒径大约20 nm;该催化剂在300℃以内有着非常好的热稳定性;钯的负载量大约为20％;钯在细菌纤维素上的负载方式是物理吸附而不是化学吸附;钯的负载并没有破坏掉细菌纤维素的原来结构;负载到细菌纤维素上的钯的价态为零;该催化剂中的钯有着完美的面心纳米晶型结构且是不含杂质的。
　　 (2)本文中用Heck反应和Suzuki反应来检测所制备的Pd/BC催化剂的催化性能。在进行Heck反应时,采用苯乙烯和碘代苯的偶联反应为模板进行优化反应,选择了在120℃,DMF为溶剂,三乙胺为碱,0.1 mol%的钯催化剂量这个最佳体系来进行Heck偶联反应;在进行Suzuki反应时,采用苯乙烯和苯硼酸的偶联反应为模板反应进行优化反应。选择了在85℃,水为溶剂,碳酸钾为碱,0.1 mol%的钯催化剂量这个最佳体系来进行Suzuki偶联反应;在我们所确定的优化条件下,文章还进行了底物拓展实验,实验表明:该催化剂官能团兼容性很好、催化性能良好且可以回收再利用。通过实验还可以得知何种钯盐做为钯源对反应的产率并没有影响;
　　 综上所述,本文中所制得的催化剂拥有许多优点,例如:高催化性能,易于操作,反应条件温和,反应时间短,简便的后处理。并且该催化剂易回收且可以多次使用。本文中所制备的Pd/BC催化剂为多相催化剂体系提供了一个很好的选择。