《穩定的水相膠束鈀催化體系的設計及催化性能研究》是依託南京理工大學，由陸國平擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：穩定的水相膠束鈀催化體系的設計及催化性能研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：陸國平
- 依託單位：南京理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
依據綠色化學的原則，僅僅用水作為介質進行鈀催化交叉偶聯反應並不能將其定義為“綠色”反應過程，因為大多數的水相鈀催化體系無法回收再利用，且後處理過程可能使用了大量的有機溶劑。依據膠束對於有機反應的影響，本項目擬設計一種新型穩定的水相鈀催化體系，解決以上問題。不同於傳統的負載型鈀催化劑，本項目將設計水溶性的聚乙二醇類表面活性劑型配體以配位的方式穩定鈀催化劑，在水介質中形成穩定的鈀膠束體系。該體系提供了不同於純水相的溶劑效應及類均相的催化環境，同時利用疏水效應可以實現水相鈀催化體系的回收利用。在此基礎上，探討膠束粒徑大小與體系催化性能之間的關係，證明膠束柵欄層大小對於體系催化性能的影響，提高催化體系對於交叉偶聯反應的效率，減少後處理過程中有機溶劑的使用。本項目提供了一種新型的回收利用鈀催化劑的方法，同時對於設計新型表面活性劑套用於水相有機反應具有重要的指導價值。
結題摘要
為了穩定和回收鈀催化體系，本研究合成了多種表面活性劑型氮雜卡賓前體，其在水相中會自組裝形成囊泡結構，再與鈀催化劑前體結合形成穩定的鈀膠束體系。以Suzuki和硝基還原反應為模板反應，本研究具體探究了該體系的的催化性能和穩定性。該體系的穩定性和活性與囊泡粒徑成反比，反應結束後可通過簡單的萃取分液直接回收利用且反應活性基本保持不變。除了萃取所用的少量溶劑後處理過程不會產生其他廢料，在穩定的鈀膠束體系催化的Suzuki反應中的E因子僅為4.85。為了深入探究水相膠束催化，本研究還開發了水相膠束中的芳香親核取代構建C-S鍵和滇紅開環再成環合成螺（四氫喹啉-萘並呋喃酮）化合物的反應。本報告進一步開展了新型水相反應的研究，設計了多個水介質中芳基亞磺酸鈉參與合成含硫化合物的反應。通過對比實驗和理論計算，水的極性作用被證明是促進芳基亞磺酸鈉參與的Michael加成反應的主要因素。基於實驗和理論計算結果，本研究首次提出了水相還原條件下芳基亞磺酸鈉原位形成硫自由基的機制。為了開發更為高效和穩定的鈀催化體系同時探索新的研究方向，本研究最後將重心轉移到鈀納米合金的設計及其催化性能的研究中，陸續合成了ZrO2負載和離子液體穩定的PdNi納米合金以及SiO2負載的PuCu納米合金，並將其分別用於選擇性氫解C-O鍵和炔烴矽氫化反應中。實驗結果表明由於金屬之間的協同作用，這些鈀納米合金相比於單一鈀催化劑具有更好的催化性能。
