基于交联聚苯乙烯微球的季鏻盐型三相相转移催化剂的制备及结构和催化性能研究.pdf

图书分类号 O632 密级非密
UDC


硕士学位论文

基于交联聚苯乙烯微球的季鏻盐型三相相转移催化剂
的制备及其结构与催化性能的研究

王玲


指导教师(姓名、职称) 高保娇教授博导
申请学位级别工学硕士
专业名称应用化学
论文提交日期 2009 年 12 月 15 日
论文答辩日期 2010 年 3 月 13 日
学位授予日期年月日
论文评阅人高志华贾润礼
答辩委员会主席薛永强

2009 年 12 月 15 日
原创性声明

本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在指导教师的指导下,
独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文
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基于交联聚苯乙烯微球的季鏻盐型三相相转移催化剂的
制备及其结构与催化性能的研究
摘要
使用季鏻盐型三相相转移催化剂催化液―液及液―固有机反应,这是三相相转移催
化领域中极为重要的一部分。本课题基于交联聚苯乙烯(CPS)微球,制备出悬臂(space
arm)长度不同的三种季鏻盐型三相相转移催化剂,并重点探讨了催化剂结构与相转移催
化活性的关系,这在相转移催化研究领域及化工生产实践中都具有重要的科学意义与应
用价值。
本文使用氯乙酰氯与氯丁酰氯两种ω-氯代酰氯试剂,分别对交联聚苯乙烯微球进
行了 Friedel-Crafts 酰基化反应,制备了氯代酰基化的交联聚苯乙烯微球,并通过红外光
谱法与佛尔哈德分析法表征了产物的化学结构与组成,探索了各种因素对氯代酰基化反
应过程的影响。研究表明,在 Friedel-Crafts 酰基化反应过程中,还伴随有 Friedel-Crafts
烷基化附加交联这一副反应,该副反应不但降低了在 CPS 微球表面引入氯代酰基的效
率,还影响微球的性能。使用适宜的催化剂(SnCl4)与溶剂(CHCl3),并有效地控制
反应时间,可以尽可能地避免附加交联副反应的发生。实验结果还表明,在适宜的反应
条件下,氯乙酰基化交联聚苯乙烯(CACPS)微球的氯含量最高可达 9%左右,氯丁酰
基化交联聚苯乙烯(CBCPS)微球的氯含量最高可达 12%左右。
使用三苯基膦(TPP)对三种改性微球 CACPS、CBCPS 和 CMCPS(氯甲基化交
联聚苯乙烯微球,即氯球)进行了季鏻化反应,制备了间隔臂长度不同的三种季鏻盐(QP)
型三相相转移催化剂 QP-CPS(QP-CACPS,QP-CBCPS 和 QP-CMCPS),对催化剂的化
学结构进行了红外光谱表征,使用紫外可见光分光光度法对季鏻化度进行了测定。重点
考察了主要反应条件对制备过程的影响。实验结果表明,在 35℃下,使用二氯甲烷为溶
剂时 QP-CACPS 的季鏻化度最高,可达 47%左右。在此适宜条件下,对 CBCPS 和 CMCPS
也进行了季鏻化反应。研究结果表明,由于空间位阻效应,悬臂越短,季鏻化反应的速
率越慢。通过控制反应时间,可以控制三种催化剂的季鏻化度。
中北大学学位论文
以苄氯与乙酸钠合成乙酸苄酯的反应体系作为三相相转移催化的模型体系,初步考
察了 QP-CPS 的相转移催化活性,探索了催化剂结构与相转移催化活性的关系,并深入
研究了反应动力学。实验结果表明,季鏻盐型三相相转移催化剂对乙酸苄酯的合成具有
优良的催化活性,使用催化剂 QP-CACPS,以氯仿为溶剂,在 57℃下,反应 13 小时,
氯化苄的转化率可达 65%,与季铵盐(QN)型三相相转移催化剂 QN-CPS 相比,季鏻
盐型三相相转移催化剂 QP-CPS 具有更高的相转移催化活性;且间隔臂越长的 QP-CPS
其相转移催化活性越高。
以邻苯二甲酰亚胺为亲核取代试剂,与溴代正丁烷发生 N-烷基化取代反应,生成
N-正丁基邻苯二甲酰亚胺,这是重要的一类有机合成反应。本研究以此反应体系作为三
相相转移催化的另一模型体