负载型磷钨酸盐的制备、表征及其催化苊与苯甲酸的酰化反应的活性研究

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芳酮作为一种重要的精细化学品及功能高分子中间体,在医药、染料、农药、化妆品等诸多领域有着极其重要的应用,主要通过Friedel-Crafts酰基化反应制备而得。但传统的Friedel-Crafts酰基化反应是在金属卤化物或者强的质子酸催化下,以酰卤或酸酐为酰化试剂,与芳酮发生的亲电取代反应。传统的催化剂(主要是AlCl3、HF、H2SO4等)存在副反应多、遇水不稳定、无法回收、污染环境、腐蚀设备等缺点。此外,传统的酰化试剂(主要是酰氯和酸酐)具有毒性且生成副产物多,不符合绿色合成的要求。羧酸作为一种廉价、低毒和易得的原料,而且它的操作和处理相对简便,最为重要的是其酰化后的副产物只有水,对环境友好,成为目前最理想的酰化试剂。因此,新型催化剂的开发和以羧酸为酰化试剂是研究该类反应的主要趋势。本论文以稠环芳烃苊与苯甲酸的Friedel-Crafts酰基化反应为探针反应,对几种杂多酸盐和负载型杂多酸盐催化剂的催化活性进行了研究,具体内容如下:  1.采用浸渍法成功地制备出几种磷钨酸盐和负载型磷钨酸盐催化剂,并通过BET、XRD、FT-IR、NH3-TPD、TEM等手段对催化剂样品进行了表征,结果显示,不管是磷钨酸盐还是负载型磷钨酸盐仍然保持了本体磷钨酸的Keggin结构特征峰,且相对于本体磷钨酸(盐)比表面积都大大增加;不同载体负载的磷钨酸盐酸强度顺序为:AlPW/SiO2 aerogel>AlPW/SiO2>AlPW/TiO2>AlPW/K-10> AlPW/γ-Al2O3。  2.比较了不同磷钨酸盐催化剂对合成5-苯甲酰苊的催化活性,实验结果显示,在以羧酸为酰化试剂、三氟乙酸酐(TFAA)为活性剂的情况下,能够较高收率地合成目标产物,具体的催化活性顺序为:AlPW>CsPW>CuPW>AgPW。  3.比较了不同载体负载的磷钨酸铝催化剂的催化活性,实验结果显示:采用常压干燥法制得的二氧化硅气凝胶作为新型载体负载的磷钨酸铝催化剂,其催化活性远高于其他常用载体(SiO2,TiO2,K-10,γ-Al2O3)。具体的催化活性顺序为:AlPW/SiO2 aerogel>AlPW/SiO2>AlPW/TiO2>AlPW/K-10>AlPW/γ-Al2O3(其中AlPW负载量均为40%)。重点研究了AlPW/SiO2和AlPW/SiO2 aerogel这两种催化剂,结果显示:当AlPW负载量均为40%时,AlPW在载体表面高度分散,催化合成目标产物的收率分别可达56.9%和61.5%。  4.考察了AlPW,AlPW/SiO2,AlPW/SiO2 aerogel这三种催化剂在催化苊与苯甲酸的酰化反应中的重复使用性能,实验结果表明,这三种催化剂重复使用性能良好,符合现代绿色合成的要求。  5.通过萃取、重结晶成功得到目标产物5-苯甲酰苊的纯品,采用GC/MS、GC、FT-IR和1 H NMR等分析手段确认了其结构,并推导了杂多化合物催化下稠环芳烃苊与苯甲酸的Friedel-Crafts酰基化反应的反应机理。
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