Guerbet醇缩合及醛酮参与的缩合反应研究

摘要

缩合反应是两个或多个有机分子相互作用以共价键结合成一个大分子，同时失去比较简单的无机或有机小分子的反应。缩合反应使化合物碳链增长或者碳数增加，在有机合成中有重要应用，研究者致力于缩合反应新方法或新催化剂的研究。本论文研究了三类催化缩合反应：（一）羟基磷灰石与金属负载的羟基磷灰石催化醇的Guerbet缩合；（二）NH4HF2催化邻苯二胺与邻二酮缩合制备喹恶啉类化合物；（三）NH4Al(SO4)2·12H2O催化吲哚与醛缩合制备二吲哚类甲烷化合物。本论文分四部分：
　　 第一部分：文献综述。分别阐述了三类催化缩合反应的研究进展。
　　 第二部分：常压气固相催化体系中醇的居贝特(Guerbet)缩合反应研究。制备了四种表面钙磷比(0.91、1.07、1.33、1.42)的羟基磷灰石(HAP)和以羟基磷灰石为载体的金属负载型催化剂。用纯HAP及金属负载型催化剂分别催化正丁醇双分子缩合、乙醇双分子缩合、甲醇与丙醇缩合，其主产物分别为2-乙基-1-己醇、正丁醇、2-甲基-1-丙醇。另外，研究了反应温度、反应物流速、HAP表面钙磷比、负载成分、负载量、载体种类等对Guerbet缩合反应的影响。实验表明：一，纯HAP催化正丁醇的双分子缩合时，表面Ca/P=1.33的HAP在330℃催化效果最佳，2-乙基-1-己醇产率为45.8％；表面Ca/P=1.33的HAP在320℃时催化乙醇缩合效果最佳，正丁醇的产率为26.10％;甲醇与正丙醇缩合，以表面Ca/P=1.07的HAP为催化剂在320℃时催化效果最佳(2-甲基-1-丙醇的产率为90.59％)。二，HAP(Ca/P=1.42)为载体，负载Ni和MgO的催化剂催化性能好，其中Ni的最佳负载量为4％左右（3％-5％）、MgO的最佳负载量为1％;以负载型催化剂催化正丁醇、乙醇、甲醇与丙醇缩合，反应温度为190℃时，反应即可高效的进行，产物的最高产率分别为：32.46％、11.81％、73.97％。由此可见，纯HAP催化醇缩合生成高醇的产率比负载型催化剂高，但纯的HAP在320℃左右才能呈现较好的催化效果，而负载型催化剂在190℃左右即可催化该反应。三，催化剂活性降低后经活化可循环使用。四，提出了醇缩合的可能反应机理。总之，在常压下气固相流动体系中以可循环使用的羟基磷灰石或金属负载的羟基磷灰石为催化剂催化醇的缩合制高碳醇，是一种高效、方便的新方法，有潜在的工业应用前景。
　　 第三部分：NH4HF2催化邻苯二胺与邻二酮缩合制备喹恶啉类化合物的研究。首先以邻苯二胺与苯偶酰（1,2-二苯基-1,2-乙二酮）为反应底物优化反应条件。实验结果表明：常温下以10mol％NH4HF2为催化剂，以甲醇为溶剂，邻苯二胺与芳香族邻二酮在30-45min完全缩合，产率达92％以上。得到一种新化合物2,3-二(4-乙氧基苯基)喹恶啉，并对该新化合物进行了单晶培养，利用X-射线衍射分析方法确定了该化合物的结构。常温下以NH4HF2为催化剂，以甲醇为溶剂，是一种温和、高效、方便价廉的合成喹恶啉类化合物的新方法。
　　 第四部分：NH4Al(SO4)2·12H2O催化吲哚与醛缩合制备二吲哚类甲烷化合物的研究。室温下甲醇溶剂中10mol％NH4Al(SO4)2·12H2O可高效催化吲哚与醛缩合。优化反应条件后研究了13种不同吲哚与芳醛的缩合，10-200min反应完毕，产率为87％-98％，实验结果表明由于电子效应影响，带供电子基的醛反应活性高（速率快，产率高）。最后，对该反应提出可能的反应机理。NH4Al(SO4)2·12H2O催化吲哚与醛缩合是制备二吲哚类甲烷化合物的新方法，操作简单，反应条件温和，反应时间短且产率高。
　　 最后对本论文进行了总结，并作了前景展望。附录中列出了醇缩合产物的GC-MS图以及本论文中部分目标产物的核磁谱图。

目录

文摘

英文文摘

第一章 文献综述

1.1 Guerbet醇缩合反应研究进展

1.2 邻二酮与邻二胺缩合反应的研究进展

1.2.1 有机溶剂中邻二胺与邻二酮的缩合

1.2.2 水溶液中邻二胺与邻二酮的缩合

1.2.3 无溶剂条件下邻二胺与邻二酮的缩合

1.3 吲哚与醛缩合反应研究进展

1.3.1 质子酸与固体酸催化吲哚与醛缩合

1.3.2 路易斯酸催化吲哚与醛缩合

1.4 本论文的研究目的、主要工作及意义

参考文献

第二章 气固相条件下醇的Guerbet缩合

2.1 概述

2.2． 研究方法

2.2.1 主要试剂及仪器

2.2.2 催化剂的制备

2.2.3 反应体系的建立及产物分析

2.3 结果与讨论

2.3.1 催化剂的表征

2.3.2 正丁醇缩合体系对各种催化剂活性评价

2.3.3 乙醇缩合体系对各种催化剂活性评价

2.3.4 甲醇与正丙醇缩合对各种催化剂的活性评价

2.3.5 醇缩合机理的探讨

2.4 本章小结

参考文献

第三章 NH4HF2催化邻苯二胺与邻二酮缩合

3.1 实验部分

3.1.1 试剂与仪器

3.1.2 结果与讨论

3.2 典型产物的单晶培养和单晶X-射线衍射分析

3.3 产物表征数据

3.4 本章小结

参考文献

第四章 NH4Al(S04)2·12H20催化合成二吲哚类甲烷

4.1. 实验部分

4.1.1. 试剂与仪器

4.1.2 结果与讨论

4.2 产物表征

4.3 本章小结

参考文献

总结与展望

攻读硕士学位期间发表的论文

附录图

致谢