Pd-Ni@N-MPC及其催化C-C偶联反应的研究

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:UsherChen2431
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C-C偶联反应作为一种构建分子骨架的重要手段已被广泛应用于药物分子、有机小分子、高分子等的合成。虽然该类反应是有机化学中较为经典成熟的模型反应,但是人们仍然热衷于对传统的催化体系进行改善,试图使用更加经济环保的催化体系来实现C-C偶联。目前,C-C偶联反应中常用的催化剂是Pd(OAc)2、Pd(PPh3)4和Pd2(dba)3等均相催化剂,但是这些传统的均相钯催化剂存在很多缺点,如钯的价格昂贵,催化剂难以从产物中分离等,这些都限制了其在工业上的应用。近年来许多科研工作者相继报道了负载型的Pd(0)、Pd(Ⅱ)复合物催化剂催化的C-C偶联反应,成功实现了催化剂的回收和循环使用。同时人们也不断报道了一些廉价金属或是合金制备的纳米催化剂,大大降低了反应成本。因此,设计、制备、表征新的包含廉价非贵金属的多相合金催化体系,研究其催化C-C偶联反应活性具有重要的理论意义和显著的应用前景。介孔材料以其优异的物理和化学性能引起广大科学工作者的广泛关注,其中介孔碳材料由于其化学稳定性高,成本低,表面积大和孔隙率高等特点而被广泛应用于催化、分离和电化学等领域。通过掺杂氮原子可以进一步改善其化学和物理性质,提高应用价值,此外碳载体中的氮化位点可以增强活性位点与载体的相互作用,且可通过配位作用将活性位点组分固载在载体上,提高负载型催化剂活性。论文在调研了大量文献的基础上,研究了以氮掺杂介孔碳(N-MPC)为载体负载钯镍双金属纳米颗粒(Pd-Ni@N-MPC)的制备、结构表征和分析,并探索该类催化剂催化C-C偶联反应的活性。首先用软模板水热法合成N-MPC,再用浸渍法负载钯镍纳米颗粒,成功合成了负载型纳米催化剂Pd-Ni@N-MPC,通过XRD、XPS、SEM和TEM对Pd-Ni@N-MPC进行结构分析,结果表明金属纳米颗粒均匀的分散在具有介孔结构的载体上。将该催化剂应用于Suzuki偶联反应中,研究发现在水/乙醇混合溶剂中,以K2CO3作为碱,对卤代碘苯和溴苯具有优异的催化性能。与钯催化剂相比,镍的掺杂大大节约了催化剂的成本,且能长时间保持催化性能。在此基础上,我们改进负载型纳米催化剂的制备方法,通过原位合成一步制得Pd-Ni@N-MPC,制备出金属纳米颗粒分布更加均匀的催化剂,并应用于Heck反应和Sonogashira反应,结果表明,该催化剂在对碘代芳烃的Heck反应和Sonogashira反应有良好的催化效果,并且具有易回收和绿色环保等优点,便于催化剂在工业上的应用,具有重要的意义。
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