氨基功能化介孔氧化硅纳米球的制备及其水介质Knoevenagel中的应用

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摘要：以正硅酸乙酯和氨基丙基三甲氧基硅烷为硅烷，通过共缩聚法合成了氨基功能化介孔氧化硅纳米球催化剂(NH2-MSNS)，并将NH2-MSNS催化剂应用于水介质Knoevenagel缩合反应中。与传统的合成方法具有长孔道氨基功能化的介孔氧化硅(NH2-MCM-41)相比，该催化剂在微波辐射下不仅显示了良好的催化性能，而且其催化性能与丙胺均相催化剂相当；此外，该催化易回收、可重复使用高达8次活性没有明显降低。这可归因于该催化剂具有较短的孔道有利于反应底物的扩散从而提高了催化性能。64090

毕业论文关键词：短直孔道介孔氧化硅纳米球，固体碱催化剂，水介质Knoevenagel缩合反应

Abstract：Amine-functionalized mesoporous silica nanospheres (NH2-MSNS) was prepared by a co-condensation method using tetraethyl orthosilicate and aminopropyltrimethoxysilane. The catalytic activities of the NH2-MSNS catalyst were investigated for water-medium Knoevenagel condensation. The catalyst showed higher efficiency under microwave irradiation than the common amine-functionalized mesoporous silica (NH2-MCM-41) with having long channels synthesized by traditional method. Moreover, it displayed comparable catalytic efficiencies with the homogeneous propylamine base-catalyst, and could also be easily recovered and reused up to 8 times. Obviously, the easy diffusion and rapid mass transfer of substrate into the short channel mesopores played important roles in the significant improvement in the catalytic activities.

Keywords: Short and straight channel mesoporous silica nanospheres, solid base-catalyst, water-medium Knoevenagel condensation reaction

1 前言 4

2 实验部分 5

2.1 催化剂的制备 5

2.2 催化剂的表征 5

2.3 催化剂活性测试 6

3 结果与讨论 6

3.1 结构分析 6

3.2 催化性能 10

结论 14

参考文献 15

致谢 16

1 前言

Knoevenagel缩合反应是一种制备取代烯烃最重要的方法。它是合成天然产物，药物等中的重要反应。最近对于开发绿色反应介质，非均相催化剂催化的Knoevenagel缩合反应已引起有机化学家的兴趣。水是廉价的，无毒的，不易燃的，可替代昂贵的有机溶剂，对环境无害，因此，水是化学反应中最具有吸引力的溶剂。一般来说，水介质Knoevenagel缩合反应所用的催化剂为含氮化合物如脂肪胺，尿素和哌啶和氨基酸等均相催化剂[1]。虽然这些催化剂具有高的活性和选择性，但由于大量有机小分子均相催化剂的使用，使生产成本增加，甚至会对环境或产品的造成污染[2]。固载化的催化剂虽然易回收，但与相应的均相催化剂相比[3]催化效率降低。因此，无论是在学术或行业，新型非均相催化剂的发展是一个重要的研究课题。

功能化硅基介孔材料因为在分离，吸附，催化，传感器设计，药物输送新，纳米技术的广泛地应用，而受到了极大关注。其中，氨基功能化的介孔材料被广泛应用在碱催化反应、废水处理、重金属离子的吸附等领域[4]。氨基功能化的有机基团修饰到介孔材料上的方法有共缩聚法和后嫁接法。相比于后嫁接的方法，共聚法制得的功能化介孔材料，孔道不仅不易被堵塞，而且有机基团均匀地分散在介孔材料中[5]。