纳米多孔钯催化C--C/C--N不饱和键选择性氢化反应研究

摘要

纳米多孔金属材料是一类具有三维双连续纳米多孔结构的金属材料，由纳米尺度的孔隙和金属韧带构成，具有尺寸可控、密度低、比表面积高、导电性好等优点，是近年来备受关注的一种新型功能材料。纳米多孔金属材料以其独特的结构性能在催化、传感、分离、能源等诸多领域有着广泛的应用。特别是纳米多孔金属材料高比表面积、无负载、易制备、易回收和易重复利用的特点，使其在有机催化领域表现出独特的活性，被认为是一类绿色的、可持续的催化剂。 论文研究了纳米多孔钯催化炔烃选择性还原制备顺式烯烃的反应。研究发现，反应在常温常压下即可顺利进行。在优化的反应条件下，各种芳香族和脂肪族的内炔和端炔均能顺利发生反应，生成相应的顺式烯烃和端烯，产物收率在70％-95％之间，选择性较高。该反应对甲基、甲氧基、叔丁基、三氟甲基、甲酰基、羧基、卤素(F、Cl和Br)等官能团具有较好的兼容性。在内炔与端炔的竞争反应中，端炔优先发生还原反应。催化剂循环使用多次后，仍未见催化活性降低，而且没有钯浸出。机理研究表明H-H键在纳米多孔钯表面发生了异裂，原位形成的Pd-H物种作为弱亲核试剂，对目标反应的选择性控制起到了至关重要的作用。 论文研究了纳米多孔钯在温和条件下催化喹啉及其衍生物选择性加氢生成1，2，3，4-四氢喹啉的反应。在优化的反应条件下，各种含喹啉结构单元的化合物均能顺利发生反应，产物收率在62％-95％之间。而且该反应对甲基、甲氧基、羟基、酯基、醛基、酰胺基、卤素(F、Cl和Br)等官能团具有较好的兼容性。喹啉的选择性氢化反应被放大到克级的规模时，目标产物的收率仅略有降低，说明该方法具有很好的实用性。动力学实验表明，反应过程中生成的乙胺和1，2，3，4-四氢喹啉扮演着路易斯碱性添加剂的角色，促进了反应的进行。 论文还研究了纳米多孔钯催化腈类化合物选择性加氢反应。该反应无需任何添加剂，在温和条件下高选择性地实现伯胺的制备，并且对不同取代基具有较好的兼容性。在优化的反应条件下，各种芳香族和脂肪族的腈类化合物均能顺利发生反应，生成相应的产物，收率在70％-95％之间。苯环上取代基的电子效应对反应有一定的影响，吸电子基有利于反应的进行。

目录

声明

摘要

图目录

表目录

1绪论

1．1研究背景与意义

1．2纳米多孔金属材料

1．3纳米多孔金属材料的制备方法

1．3．1模板法

1．3．2脱合金法

1．4纳米多孔金属材料的应用

1．4．1 电化学

1．4．2传感器

1．4．3能源系统

1．5 纳米多孔金属材料作为催化剂在分子转换中的应用

1．5．1氧化反应

1．5．2还原反应

1．5．3碳-碳键形成反应

1．5．4偶联反应

1．5．5叠氮-炔基环加成反应

1．5．6其它有机反应

1．6 炔烃、喹啉和腈类化合物选择性氢化反应

1．6．1 炔烃选择性氢化反应

1．6．2喹啉类化合物选择性氢化反应

1．6．3腈类化合物选择性氢化反应

1．7论文选题及设计思路

1．7．1论文选题

1．7．2设计思路

2纳米多孔钯催化炔烃选择性氢化反应

2．1 引言

2．2实验部分

2．2．1仪器与试剂

2．2．2催化剂的制备

2．2．3 反应底物的合成及表征

2．2．4纳米多孔钯催化炔烃选择性氢化反应的一般操作步骤

2．2．5纳米多孔钯催化炔烃选择性氢化反应产物的谱图解析数据

2．2．6纳米多孔钯催化内炔与端炔竞争还原实验

2．2．7纳米多孔钯浸出实验

2．2．8纳米多孔钯循环实验

2．2．9氘标记实验

2．3结果与讨论

2．3．1纳米多孔钯的表征

2．3．2反应条件优化

2．3．3底物范围的考察

2．3．4纳米多孔钯催化内炔与端炔竞争还原实验结果

2．3．5纳米多孔钯浸出实验结果

2．3．6纳米多孔钯循环实验结果及循环后催化剂表征

2．3．7纳米多孔钯催化炔烃选择性氢化反应机理的研究

2．4小结

3 纳米多孔钯催化喹啉类化合物选择性氢化反应

3．1 引言

3．2实验部分

3．2．1仪器与试剂

3．2．2纳米多孔钯催化喹啉类化合物选择性氢化反应的一般操作步骤

3．2．3纳米多孔钯催化喹啉类化合物选择性氢化反应产物的谱图解析数据

3．2．4氘-氢交换实验

3．2．5氘标记实验

3．3结果与讨论

3．3．1纳米多孔钯的表征

3．3．2反应条件优化

3．3．3底物范围的考察

3．3．4纳米多孔钯浸出实验结果

3．3．5纳米多孔钯催化喹啉类化合物选择性氢化反应的放大实验

3．3．6纳米多孔钯循环实验结果及循环后催化剂表征

3．3．7纳米多孔钯催化喹啉类化合物选择性氢化反应的动力学研究

3．3．8氘-氢交换实验结果及反应机理

3．3．9氘标记实验结果

3．4小结

4纳米多孔钯催化腈类化合物选择性氢化反应

4．1 引言

4．2实验部分

4．2．1仪器与试剂

4．2．2纳米多孔钯催化腈类化合物选择性氢化反应的一般操作步骤

4．2．3纳米多孔钯催化腈类化合物选择性氢化反应产物的谱图解析数据

4．3结果与讨论

4．3．1纳米多孔钯的表征

4．3．2反应条件优

4．3．3底物范围的考察

4．3．4纳米多孔钯浸出实验结果

4．3．5纳米多孔钯催化腈类化合物选择性氢化反应的放大实验

4．3．6纳米多孔钯循环实验结果及循环后催化剂表征

4．3．7纳米多孔钯催化腈类化合物选择性氢化反应的动力学研究

4．3．8氘-氢交换实验结果及反应的机理

4．3．9氘标记实验结果

4．3．10纳米多孔钯催化腈类化合物选择性氢化反应机理

4．4小结

5结论与展望

5．1结论

5．2创新点

5．3展望

参考文献

附录

攻读博士学位期间科研项目及科研成果

致谢

作者简介