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担载Pd(II)多孔材料的合成及在常压体系下苯氧化偶联制备联苯的应用开题报告

 2020-06-09 10:06  

1. 研究目的与意义(文献综述包含参考文献)

毕 业 设 计(论 文)开 题 报 告

1.结合毕业设计(论文)课题情况,根据所查阅的文献资料,每人撰写

2000字左右的文献综述:

文 献 综 述

1.1联苯

联苯,英文名称:Diphenyl,别名名称:苯基苯 联二苯 1,1'-联苯,分子式:C12H10,分子量:154.21。联苯是重要的有机原料,广泛用于医药、农药、染料、液晶材料等领域。可以用来合成增塑剂、防腐剂,还可以用于制造燃料、工程塑料和高能燃料等。联苯存在于煤焦油、原油和天然气中。联苯是一种重要的有机化工原料,广泛应用于保鲜防腐剂、染色载体、液晶材料、载热体、高性能燃料以及药物活性剂的生产[1] 。联苯制备的方法主要有:1) Ullmann偶合反应法[2]。此法是在Cu作用下将卤代苯高温加热发生还原偶联生成联苯。2) Suzuki反应法[3] 。此反应是将苯先卤化,再硼酸化,最后在Pd催化下完成硼酸化的芳烃与卤代芳烃的偶联生成联苯。这2种有机合成方法使用卤素和卤化物,反应步骤多,原子利用率低。3)氧化催化偶联法。此类反应是使用Pd作催化剂,在氧化剂、杂多酸等其他助剂存在下的酸体系中合成联苯。

1.2偶联、传统偶联与氧化偶联

1.2.1偶联

偶联反应始于上个世纪六十年代,是各类亲电试剂在金属催化剂催化下与各种金属亲核试剂形成碳#8212;碳键以及各类碳#8212;杂键的反应。这类经典偶联反应在底物的普适性与官能团兼容性等方面有着优异表现,自发现至今得到了快速发展,在过去几十年当中一直都是有机合成研究的热点,其研究成果广泛应用于生物、医药、农药、仿生、材料、天然产物全合成等各个领域当中,极大地促进了有机化学发展[4]

1.2.2传统偶联

传统的偶联反应(Suzuki、Sonogashira[5]、Stille[6]、Kumada[7-8]、Negishi[9-10]和 Hiyama[11-12]反应)是有机金属试剂(R(OH)2、RC≡CCu、RSnMe3、RMgX、RZnX 和 RSiMe3反应)与预活化的亲电试剂(如卤代烃)之间的偶联反应(式 1)。而卤代烃则需要提前制备,增加了反应步骤和实验流程。

(1)

传统偶联反应中所使用的亲电试剂多数都是由亲核试剂经过多步功能团化后转化而来,这在很大程度上制约了传统偶联反应的发展及其应用.在此背景下,直接使用亲核试剂构建各类化学键的氧化偶联反应便应运而生[13]

1.2.3氧化偶联

氧化偶联反应是指反应物中的低价态的碳原子转化为高价态的碳原子化合物的一类氧化反应,如 C―H、C―M(M 为金属)键转化为 C―X(X = C、N、O)键或C―C键转化为C―杂原子键等(式 2)。

(2)

本质上讲,这类反应是两个亲核试剂(一般是有机金属试剂以及路易斯碱试剂)的偶联反应,显然地,这类氧化偶联反应反应必须有氧化剂的参与才可以顺利进行。它明显不同于传统的亲核试剂与亲电试剂(一般为烯、炔或芳基的卤化物)之间的偶联反应,因为传统的偶联反应本质上仅是一种简单的亲核取代反应,并不涉及到反应物的电子得失。

1.3苯制联苯的研究进展

联苯类化合物的制备,通常需要多步合成的方法,如Suzuk反应,需将苯先卤化,再硼酸化,最后在钯催化下完成硼酸化的芳烃与卤代芳烃的偶联生成联苯;或者用 Ullmann反应直接将卤代苯在铜作用下加热发生还原偶联生成联苯等。这些方法的缺点是反应步骤多,使用卤素及卤化物,消耗能源多和对环境不利。如果能够让苯发生直接的氧化偶联一步生成联苯无疑是有利的且具有极大的应用前景。在这方面,Sasson等[14]报道了在O2气或空气压力为 0.4 ~1.2 MPa,反应温度为 85~ 115 ℃的条件下,钯催化生成联苯的制备方法。可在室温下,用钯催化苯氧化偶联制备联苯,即醋酸钯 Pd(OAc)2做催化剂, 过硫酸钾K2S2O2做氧化剂,在三氟乙酸CF3CO3H溶液体系中,苯发生碳氢键断裂,生成新的碳碳键,从而得到联苯的反应,这一体系原只用于芳烃羧化反应中。在催化量级的二价钯和氧化剂的作用下,苯直接经碳氢键活化在酸性体系中室温下氧化偶联生成联苯。通过对各种催化剂、氧化剂、酸等因素对联苯产物生成的影响的考察, 醋酸钯 /过硫酸钾 /三氟乙酸体系确定为最有效的反应体系, 联苯收率在 24 h内可达 24%, 转化数 TON值为6.0。在Pd催化下本氧化偶联制联苯在有机合成化学中最具基础性、简便性、可靠性和应用普适性的一种化学转化类型,自发现以来受到了广泛的关注。Mukho-padhyay等[8]以PdCl2为催化剂、空气或O2为氧化剂,在乙酸和乙酸钠溶液中催化氧化苯偶联制备联苯;江丽等[9]在三氟乙酸中以Pd(CH3COO)2为催化剂、过硫酸钾为氧化剂、以苯为原料研究了催化剂、氧化剂、反应温度等对生成联苯的影响;李显明等[10]以Pd(CH3COO)2为催化剂、H3PMo12O40、空气为氧化剂,在乙酸体系中由苯液相氧化偶联合成联苯。4)联苯还可以用苯高温催化脱氢制得。

1.4聚离子液体

聚离子液体是以离子液体为单体,自聚或者与其它单体共聚而成。这是随着人们对离子液体研究的不断深入,而引起广泛关注的新型离子液体种类。根据离子中心种类和位置不同,聚离子液体大体可分为以下四类:(1)聚阳离子型:目前用途应用最广泛的聚离子液体。(2)聚阴离子液体:这类聚离子液体由于单体合成较难,目前种类比较少。(3)两性内盐型:阴阳离子以共价键连接在聚合物骨架上。(4)共聚型离子液体:通过共聚的方法合成此类聚离子液体,可以调节骨架中离子位的数量。聚离子液体(PILs)将离子液体(IL)的特性和聚合物的性质相结合,是离子液体和聚合物交叉领域的新研究方向。使用PILs代替IL的优势在于提高离子的稳定性,改善机械加工性能,耐用性以及离子液体的空间可控性。介孔聚离子液体(MPILs),具有较大的比表面积和特定的孔结构,能够加快界面处能量和物质传输,进一部扩展了PILs的应用。随着相关研究的进展,设计有效调节聚离子液体孔结构的方法以及研究其应用有着重要意义。聚合物制备中的溶剂、引发剂等因素对于聚合物的孔结构有着直接和重要的影响,不同的溶剂可以产生不同的孔结构。通过调节溶剂来调节聚离子液体介孔结构在催化、吸附领域有着重要的科学意义和应用价值。

1.5担载金属的研究进展

均相络合催化剂的多相化,是催化研究的热点之一[15-16]。在此领域,担载在有机或无机载体上的金属簇的研究令人注目。这类催化剂因兼有多相及均相催化剂的双重性能,对于催化剂的制备、催化理论的发展、表面化学、精细化工和能源等方面都具有重大意义,是化学工作者心目中理想的催化剂模式。担载金属簇可分为:担载在有机高分子上的金属簇/担载在无机氧化物上的金属簇/担载在分子筛载体上的金属簇担载的金属簇基本上全部是羰基金属簇。Gates是这一领域的代表人物,我国兰州地区的几个科研小组也做了不少工作。

参考文献

[1]杨言.联苯的应用及合成[J].广西化工,1991(1):31-32。

[2]乌锡康.有机人名反应集:第2册[M].北京:化学工业出版社,1984:419-420。

[3]Miyaura N,Suzuki A.Pallad ium#8211;catalyzed cross-coupling reactions of organoboron campounds[J].Chemical Review,1995,95(7):2457-2483.

[4] Negishi, E.-i.; de Meijere, A. Handbook of organopalladium chemistry for organic synthesis; Wiley-Interscience: New York, 2002.

[5]Sonogashira,K.In Metal-Catalyzed Cross-Coupling Reactions; Diederich, F., Stang, J., Eds.; Wiley-VCH: Weinheim,1998;Chapter5,pp 203-229.

[6]Pereyre, M. In Tin in Organic Synthesis; Butterworths: Boston, MA, 1987; pp 185-207.

[7] Tamao,K.; Kiso,Y.;Sumitani, K.; Kumada, M. J. Am. Chem. Soc. 1972, 94, 9268.

[8] Hayashi,T.; Tajika, M.; Tamao, K.; Kumada, M. J. Am. Chem. Soc. 1976, 98, 3718.

[9] Nigishi,E.; Valente,L.F.; Kobayashi, M. J. Am. Chem. Soc. 1980, 102, 3298.

[10] Hiyama,T.;Hatanaka,Y.Pure Appl.Chem. 1994, 66, 1471.

[11] Hiyama,T.In Metal-Catalyzed Cross-Coupling Reactions; Diederich, F., Stang,J.,Eds.; Wiley-VCH: Weinheim, 1998; Chapter 10, pp 421-454.

[12] Demnark, S. E.;Sweis,R。 F. Acc. Chem. Res. 2002, 35, 835.

[13] (a) Liu, C.; Zhang, H.; Shi, W.; Lei, A. Chem. Rev. 2011, 111, 1780.

(b) Liu, Q.; Zhang, H.; Lei, A. Angew. Chem., Int. Ed. 2011, 50, 10788.

(c) Shi, W.; Liu, C.; Lei, A. Chem. Soc. Rev. 2011, 40, 2761.

(d) Liu, C.; Jin, L. Synlett 2010, 17, 2527.

[14] MiyauraN, YanagiT, SuzukiA.SyntheticCommun[ J] , 1981, 11:513

[15] 江英彦,有机化学,1980(3),25。

[16] 黄建全、黄金陵,化学通报,1984(2),35。


2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

毕 业 设 计(论 文)开 题 报 告

2.本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段(途径):

目前,工业上联苯的制备方法有从各种煤焦油馏分制联苯的分离提取法和通过苯热解制联苯的化学合成法,而我国主要通过苯热解法合成联苯。本课题在前人工作基础以及研究现状上,研究在基于苯氧化偶联制备联苯反应设计一个担钯的固体催化剂,可以在多相体系下,并在常压体系下,达到高效催化性能,并且催化剂可以多次回收使用。


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