Au/γ-Al2O3催化醛与醇直接酯化的催化性能研究

摘要

酯化反应是一类重要的有机合成反应,所合成的有机羧酸酯被广泛用作重要的化工合成中间体和药物中间体。传统的酯化反应主要发生在羧酸衍生物与醇之间。但由于反应过程中存在反应条件苛刻、对设备腐蚀严重等问题,因此合成酯的新方法成为该领域的研究热点之一。虽然已有研究者对过渡金属催化醛与醇直接酯化进行报道,但能够在绿色、温和的条件下通过非均相过渡金属催化剂催化醛与醇直接氧化合成酯的报道尚不多见。针对醛与醇直接酯化反应,本文以Au/γ-Al2O3为催化剂,研究了Au/γ-Al2O3的制备条件并对其进行优化,同时把Au/γ-Al2O3催化剂分别用于热催化和光催化醛与醇直接酯化反应中,考察了反应条件对催化性能的影响。
　　1.以不同的浸渍-还原法制备了Au/γ-Al2O3催化剂,运用N2吸附-脱附分析、TEM、XRD、AAS、XPS等技术进行了表征。结果表明:粒径是影响纳米金催化剂催化苯甲醛与醇直接酯化的重要因素。采用浸渍-还原法制备纳米金催化剂时添加一定量的赖氨酸可以保护纳米金颗粒,避免团聚。适当的调节溶液pH可以使纳米金的分散更均匀,粒径分布更集中。这有利于纳米金催化剂催化活性的提高。
　　2.将催化剂Au/γ-Al2O3用于苯甲醛与脂肪醇直接酯化反应,在65℃、常压、无碱、无氧化剂添加的条件下,苯甲醛转化率为94.0％,苯甲酸乙酯选择性为98.5%,呈现了很好的催化活性。考察了催化剂的载体、金的负载量、反应温度和时间对催化性能的影响,并研究了催化剂Au/γ-Al2O3在该反应体系中的可重复利用性。发现尽管在反应中苯甲醛转化率很高,但底物转化量低(0.25 mmol),催化剂重复使用第一次,苯甲醛转化率就在原有基础上降低48个百分点,催化剂重复利用性差。
　　3.将采用赖氨酸保护浸渍-还原法制备的Au/γ-Al2O3用作光催化剂,室温下光催化醛与醇直接酯化反应,底物量增加到0.5 mmol后,苯甲醛转化率为79.3%,苯甲酸乙酯选择性为99.4%,催化性能良好,同时催化剂重复利用8次后,催化剂活性仅在原有基础上降低27个百分点,有较好的可重复利用性。在研究过程中考察了光强、波长对催化剂性能的影响,结果表明:作为决定光能量的主要因素,光强和波长是影响反应中光催化剂性能的关键之一。在对该体系光催化和暗催化进行动力学研究后发现,可见光的照射使反应的活化能降低。通过对比试验,提出了Au/γ-Al2O3光催化醛与醇直接酯化的反应机理。

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1 绪论

1.1 过渡金属催化醛与醇直接酯化的发展概述

1.2 催化剂Au/γ-Al2O3概述

1.3 论文选题意义及主要研究内容

参考文献

2 实验部分

2.1 原料与仪器

2.2 催化剂的制备

2.3 催化剂的表征

2.4 催化剂性能的评价

3 催化剂制备条件的优化及其表征与性质

3.1 制备方法对催化性能的影响

3.2 制备过程中赖氨酸用量、溶液pH值对催化性能的影响

3.3 小结

参考文献

4 Au/γ-Al2O3热催化苯甲醛与脂肪醇直接酯化反应的研究

4.1 载体对催化性能的影响

4.2 金负载量对催化性能的影响

4.3 碱对催化性能的影响

4.4 温度对催化性能的影响

4.5 不同脂肪醇对催化性能的影响

4.6 反应机理的探究

4.7 催化剂的可重复使用性

4.8 小结

参考文献

5 Au/γ-Al2O3光催化醛醇直接酯化的研究

5.1载体和金负载量对催化性能的影响

5.2光强对催化性能的影响

5.3 波长对催化性能的影响

5.4 不同醛对催化性能的影响

5.5 光催化剂Au/γ-Al2O3的可重复使用性

5.6 反应动力学研究

5.7反应机理研究

5.8小结

参考文献

6 结论与展望

6.1结论

6.2展望

硕士研究生期间发表的论文

致谢