功能化纖維表層特定微環境中的綠色有機化學連續轉化

《功能化纖維表層特定微環境中的綠色有機化學連續轉化》是依託天津大學，由張文勤擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：功能化纖維表層特定微環境中的綠色有機化學連續轉化
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：張文勤
• 依託單位：天津大學

項目摘要

固載有機小分子催化是當今有機化學研究的熱點，通過催化劑的固載，可使催化劑與反應混合物便捷分離，也可實現化學反應過程的連續化。目前常用載體材料有矽膠、樹脂、納米顆粒等。本課題組率先以纖維為載體，製備出固載有機小分子的纖維催化劑，實現了多種有機反應的高效催化。隨著研究的深入，我們意識到纖維功能化與傳統載體有著本質不同，即修飾發生在表面下數百納米，是一種深層次、高密度修飾。這樣在纖維表層營造了由有機小分子和聚合物鏈段構成的特定“準液相微環境”，使反應在該微環境中高效進行。本項目將進一步構建富含氨基、羥基、羧基、吡啶基、醯胺基等特性官能團的微環境，採用輔助分子對微環境極性進行調諧；研究功能基類型、修飾度以及微環境極性對催化活性的影響；探索水介質中進行的親核取代、醛酮的還原、Diels-Alder等反應在纖維表層特定微環境中的規律；將功能纖維填充在管狀反應器中，測試其連續催化有機反應的效果。

結題摘要

本項目對腈綸纖維進行了高密度深層次的修飾，引入帶有催化活性的功能基和調節極性的輔助基，聚合物上殘餘基團、功能基、輔助基構成柔韌性和可塑性的催化微環境，既有利於底物分子的富集，還象酶那樣，通過多官能團的締合協調作用，使反應的活化能降低，反應速度加快。所營造的特定催化微環境可以高效催化多種縮合反應，如：Michael加成反應、Knoevenagel縮合反應、Michael-Henry串聯反應、多組分Biginelli縮合反應、Gewald反應、1,3-偶極環加成反應、Friedlander反應、雜環化合物構建反應等。多數反應都是條件溫和、收率高，且纖維催化劑便於分離，可以反覆使用數次甚至幾十次。實驗發現多數反應可以在綠色的水中高效進行，在常見反應介質如醇、鹵代烴、芳烴中反而不能順利進行，這一反常特性也表明我們所合成的多種纖維催化劑既不同於傳統的均相催化劑，也不同於其他非均相催化劑，後者往往在載體表面進行，而本文構建的纖維催化劑，反應可以在纖維表層更深處進行。實現了連續催化有機反應，為多種有機化合物的連續化生產提供了重要依據和套用前景。項目執行過程中本課題組在高水平學術期刊發表第一標註論文15篇，一名教師晉升教授，4名和6名學生分別獲得博士和碩士學位。