木质素及其衍生物负载金属催化剂在有机合成中的应用研究进展

碳中和发展理念的提出使得生物质基催化剂的关注度不断提高,将木质素作为过渡金属催化剂的载体来制备非均相催化剂应用于有机合成领域,可以极大地提高木质素的利用价值.木质素结构中广泛存在的含氧官能团为金属催化剂的负载提供了多种结合位点,通过物理吸附/沉积、离子交换以及与羟基官能团通过静电络合可以有效地捕获金属粒子.首先介绍了木质素的结构,然后介绍了制备非均相催化剂的方法,重点介绍了木质素及其衍生物负载金属催化剂催化点击反应、Glaser反应、Huisgen [3+2]环加成反应、Heck反应、Suzuki反应、Sonogashira反应、Stille偶联反应、迈克尔加成/脱水串联反应、亲电开环反应、Fridel-Crafts型反应及乙烯聚合反应等,并对存在的问题和发展趋势进行了展望.     

交联木质素负载钯催化剂的制备及对Heck反应的催化性能研究

以天然木质素为原料, 用甲醛对其进行交联得到了交联木质素, 通过简单的方法合成了负载钯催化剂, 用XPS、 TG、 DTA等对其进行了表征. 该催化剂在空气氛围中能很好的催化乙烯基化合物与芳基碘的Heck反应. 如在较低的温度下(40 ℃)催化丙烯酸与碘苯的反应, 产率高达73.7%, 显示了较高的催化活性. 该催化剂重复使用5次, 产率仍高达90%, 显示该催化剂有良好的重复使用性能.     

催化一步转化木质素单体为苯酚:建立木质素到高附加值化学品的通道（英文）

木质素是地球上产量最大的芳香类有机高分子,其有效转化利用在近年来备受关注.催化降解木质素制备酚类单体在过去十年取得了长足进步,目前已开发出氢解、水解、热解、氧化、光解等一系列方法.通过加氢脱氧法可以将木质素的降解产物转化为烃类燃料,但该过程耗氢量大,并且芳香环在加氢气氛下被破坏.另一个可能的应用是将木质素衍生物进一步转化为高附加值的芳香族化合物,但解聚产物成分复杂,成为木质素高效转化为单一高附加值化学品的瓶颈.在加氢条件下,木质素解聚产物主要为酚类混合物,多在羟基临位带有一至两个甲氧基,并在对位带有C2或C3的取代基(多为烷基).针对这一结构特点,我们设计了新反应路径,通过分别去除甲氧基和烷基得到苯酚.该过程保留了苯酚的基本结构而将其他取代基去除,原理上可以有效的将木质素降解的混合物转化为单一产物苯酚.通过催化剂的筛选和优化,Pt/C催化剂对脱甲氧基显示出最好的活性和选择性,在400°C,常压下脱除效率80%.在流动气氛下连续工作4 h,Pt/C催化剂无失活迹象.H-ZSM-5为最有效的脱烷基催化剂,最优效率83%左右.H-ZSM-5在反应过程中逐渐失活.通过热重差热及红外光谱分析,失活主要原因为积碳.在400°C空气中煅烧后,催化剂可以再生.通过简单的物理混合,Pt/C和H-ZSM-5一步将木质素单体转化为60%的苯酚,显示了该方法直接转化木质素到高附加值苯酚的巨大潜力.这是同时将木质素中甲氧基、烷基选择性脱除的首例报道.经过估算,从原生木质素出发,通过加氢解聚,耦合本文开发的一步脱甲氧基、烷基路径,可将木质素转化为约25%的苯酚.木质素中的甲氧基、烷基将分别转化为甲醇和烯烃,提高了木质素碳资源的利用效率.     

超临界甲醇中Ce/Cu/Zn/Al催化木质素制备酚类化合物的研究

采用共沉淀法制备Ce/Cu/Zn/Al催化剂,并将其应用于超临界甲醇中木质素的催化液化.考察单因素条件对木质素转化率和生成酚类的影响,得到最佳反应条件:反应温度320℃,反应时间120 min,催化剂用量150 mg,初始压力2 MPa,木质素的转化率达到67.33%,酚类产率达到30.84%.同时,以苯酚及愈创木酚为模型物,比较有无催化剂对液化产物分布或选择性生成的影响. Ce/Cu/Zn/Al催化剂的加入促进了甲醇的重整及其与模型化合物苯酚、愈创木酚的烷基化反应,从而生成了大量的烷基苯酚.     

纳米氧化铈在催化氧化木质素制备芳香化合物中的应用研究

木质素是自然界中唯一大规模可再生的含芳环聚合物.通过催化氧化的方法,定向解聚木质素得到芳香类化合物,具有非常重要的价值.近年来,氧化铈作为载体在木质素的多相催化氧化反应中表现较好性能.然而,对于氧化铈直接作为催化剂,并探讨其纳米结构与性能之间的研究未见报道.研究结果表明:纳米氧化铈直接作为催化剂时,对于木质素的催化氧化反应具有较好的性能,顺序为氧化铈纳米八面体纳米四方体纳米球纳米棒.纳米八面体表现出最优的催化性能,以其作为催化剂,对乙醇木质素进行催化氧化,得到了大量芳香酸及其酯类化合物.     

NaBH4/I2催化加氢还原碱木质素的研究

从麦草碱法制浆黑液中提取木质素,精制后,以苯乙酮为木质素的模型化合物,对催化剂组成及溶剂进行了考察.在此基础上,以NaBH4/I2为催化剂,无水乙醇为溶剂,对木质素进行加氢还原裂解反应研究.考察了温度和时间对木质素催化加氢效果的影响,采用红外光谱(FTIR)、元素分析及凝胶渗透色谱分析(GPC),表征木质素反应前后结构的变化.凝胶渗透色谱分析表明,加氢还原后木质素的分子量明显降低.采用自动电位滴定法测定反应前后木质素中总羟基含量,反应后木质素中总羟基含量为10.19%.得到了NaBH4/I2催化木质素加氢还原反应的最优条件:以1,2-二氯乙烷和乙醇(2∶1,v/v)作溶剂,m(NaBH4)∶m(I2)=1∶1,温度175℃,反应时间15 h.     

金属氧化物改性的HZSM-5催化热解木质素定向制备对二甲苯（英文）

对二甲苯是石化行业中一种重要的大宗化学品,而且生物质基对二甲苯的制备在学术和工业领域都具有重要意义.对木质素和甲醇在不同金属氧化物改性的HZSM-5催化剂作用下共催化热解一步法制备可再生的对二甲苯的过程进行了研究.研究结果表明,在HZSM-5催化剂中引入La,Mg,Ce和Zn元素可以调节催化剂的酸强度和强酸性位点,进而促进轻芳烃(如苯和甲苯)烷基化形成对二甲苯以及间/邻二甲苯向对二甲苯的异构化.木质素和甲醇的共催化热解显著地提高了对二甲苯的产率.在20%La_2O_3/HZSM-5催化剂作用下,木质素与33 wt%甲醇共催化热解获得的对二甲苯的最高收率为13.9%,对二甲苯/二甲苯比率为82.7%.并且基于产物的分析以及催化剂的表征,提出了由木质素制备对二甲苯的可能反应途径.     

Al_2_O3·Na_2O·xH_2O/NaOH/Al(OH)_3催化剂催化木质素水蒸气气化制氢研究(英文)

考察了催化剂Al2O3.Na2O.xH2O/NaOH/Al(OH)3催化木质素水蒸气气化制氢及其影响因素。结果表明,木质素气化的产氢速率随Na2O/C比值的升高而升高;木质素在较低的温度下气化时,较高的水蒸气流速有利于抑制CO和CO2的生成。产氢速率随水蒸气流速的增大而增大。催化剂中的铝酸钠水合物受热分解产生的水可导致催化剂中的NaOH组分产生更多的Na+和OH-离子。更多的Na+和OH-离子可使木质素中C—H键的键能更显著的降低。木质素在473 K~973 K气化的氢转化程度可达134.94%,这表明催化剂Al2O3.Na2O.xH2O/NaOH/Al(OH)3对木质素低温水蒸气气化制氢具有较好的催化活性。     

Hydrogenolysis of Lignin Catalyzed by NaBH4/I2

从麦草碱法制浆黑液中提取木质素,精制后,以苯乙酮为木质素的模型化合物,对催化剂组成及溶剂进行了考察.在此基础上,以NaBH4/I2为催化剂,无水乙醇为溶剂,对木质素进行加氢还原裂解反应研究.考察了温度和时间对木质素催化加氢效果的影响,采用红外光谱（FTIR）、元素分析及凝胶渗透色谱分析（GPC）,表征木质素反应前后结构的变化.凝胶渗透色谱分析表明,加氢还原后木质素的分子量明显降低.采用自动电位滴定法测定反应前后木质素中总羟基含量,反应后木质素中总羟基含量为10.19%.得到了NaBH4/I2催化木质素加氢还原反应的最优条件：以1,2-二氯乙烷和乙醇（2∶1,v/v）作溶剂,m（NaBH4）∶m（I2）=1∶1,温度175℃,反应时间15 h.     

木质素:一种有潜力的生物质基催化剂来源

木质素是自然界中储量丰富的唯一含芳环生物质可再生资源,但复杂的结构使其难以高效利用,目前大部分被废弃。除通过氧化还原等过程可将其转化为石油化工产品的替代品外,木质素结构中丰富的含氧官能团及制浆过程引入的硫元素等均可提供有效位点,为其作为催化剂基质提供了丰富的可行性。本文从木质素资源的来源和结构分析出发,根据不同催化反应的机理和制备催化剂过程中的结构改性类型,综述了具有不同结构特征的木质素基催化剂分别在生物质平台化合物水解等酸碱催化反应、电催化反应和负载金属纳米粒子催化氧化还原反应等过程中的应用,讨论了木质素类型、制备或活化改性条件对催化材料性能的影响,也指出了当前木质素基催化剂的开发研究难点和未来发展方向。     

磁性纳米颗粒负载钯催化剂对Heck反应的催化活性

采用水热法合成了碳包埋磁性纳米复合颗粒C/(Au@Fe),并以之为载体制备了纳米钯催化剂,利用透射电镜、X射线光电子能谱和振动样品磁强计等手段对催化剂进行了表征,评价了催化剂对Heck反应的催化活性.结果表明,催化剂的平均粒径约为300nm,表面覆盖着一层粒径为12nm的钯颗粒,整个催化剂呈现超顺磁性.对于碘代苯与丙烯酸之间的Heck反应,在乙酸钠或三乙胺碱性条件下反应4h,碘代苯转化率可达95%以上.催化剂重复使用10次时仍可保持很高的催化活性(碘代苯转化率88%).对于其他不同反应底物之间的Heck反应,催化剂同样显示有较高的催化活性.催化剂可稳定分散于反应体系中,并可在外磁场作用下快速与反应体系分离.     

Silica‐supported terpyridine palladium(II) complex as an efficient and reusable catalyst for Heck and Suzuki cross‐coupling reactions

Silica‐supported terpyridine palladium(II) was prepared and used as an effective and recyclable catalyst in Mizoroki–Heck and Suzuki–Miyaura coupling reactions. The catalyst was very effective for the Mizoroki–Heck reaction of aryl halides with olefins and conversion was in most cases excellent. The catalyst showed good thermal stability (up to 230 °C) and could be recovered and reused for four reaction cycles. The Suzuki coupling of aryl iodides with aryl boronic acids in the presence of the catalyst was also investigated and the reaction proceeded with a short reaction time and excellent conversion. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

Pd-poly(N-vinyl-2-pyrrolidone)/KIT-6 nanocomposite: Preparation,structural study,and catalytic activity

The Pd-poly(N-vinyl-2-pyrrolidone)/KIT-6 nanocomposite was prepared by an in situ polymerization method and used as an efficient heterogeneous catalyst for C–C bond formation through the Heck coupling reaction of aryl iodides, bromides and chlorides with styrene. The physical and chemical properties of the catalyst were characterized by XRD, BET, FT-IR, TGA, UV-Vis and TEM techniques. The reactions were performed in methanol-water as solvent and the products were obtained in high yield and purity after a simple work-up. The stability of the nanocomposite catalyst was excellent and could be reused 8 times without much loss of activity in the Heck coupling reaction.     

乙二胺功能化树脂负载Pd(0)配合物：可重复使用的高活性Heck芳基化催化剂

The ethylenediamine-functionalized resin-supported Pd(0)complex was prepared from PdCl_2 and ethylenedia-mine-functionalized chloromethylated polystyrene,followed by reduction with KBH_4.The complex was character-ized by FT-IR,XRD,BET,SEM and EDS.The resin-supported catalyst exhibited high catalytic activity in theHeck reaction and could be reused up to 17 times in NMP or 16 times in DMF at 90 ℃ in the Heck reaction of io-dobenzene with acrylic acid.The leaching investigation disclosed that the palladium leaching was caused by the in-teraction of iodobenzene with the metal Pd(0)on supported catalyst.The leached palladium species in filtrate wasvery stable and could be reused five times after the solid catalyst was filtered off.A cross-transfer test in recyclingin the presence of additional carbon disclosed that the soluble leached palladium species had much higher catalyticactivity than supported and/or adsorbed palladium in solid-solution heterogeneous Heck reaction.     

腐植酸负载Pd/Ni双金属催化剂对Heck反应催化性能的研究

制备了腐植酸负载Pd/Ni双金属催化剂, 该催化剂能够成功催化溴苯与丙烯酸、苯乙烯等乙烯基化合物的Heck反应, 产率均在85%以上; 催化剂能够不同程度地重复使用, 在催化溴苯与丙烯酸反应中, 催化剂重复使用3次后仍可得到42.9%的产率, 而在催化溴苯与苯乙烯反应中, 催化剂重复使用7次后也可得到26.7%的产率; 并且对不同取代基芳基卤与丙烯酸的反应也有很好的催化活性.     

Palladium supported on diaminoglyoxime‐functionalized Fe3O4 nanoparticles as a magnetically separable nanocatalyst in Heck coupling reaction

A hybrid material of palladium supported on diaminoglyoxime‐functionalized Fe₃O₄ was used as an effective and recyclable catalyst in Mizoroki–Heck coupling reactions. The catalyst was very effective for the Mizoroki–Heck reaction of aryl halides with styrene and conversion was in most cases excellent. The yields of the products were in the range 75–98%. The catalyst showed good stability and could be recovered and reused for six reaction cycles without significant leaching and loss its catalytic activity. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

(聚酰胺-胺树枝状大分子)-水杨醛席夫碱钯配合物的Heck反应催化性能研究(英文)

用元素分析、红外光谱、紫外光谱、荧光光谱和核磁等分析手段对合成出的1.0G树枝状大分子-水杨醛席夫碱钯配合物(PAMAMSAPd)进行了表征。用其作为催化剂,研究了碘代苯与丙烯酸在有机溶剂中的偶联反应。对于碘代苯与丙烯酸的偶联反应,最佳反应条件为:惰性气氛,10mmol PhI,nPhI∶nAA∶nEt3N=1∶1.5∶2.5,3.0×10-3g PAMAMSAPd, 4mL DMF和100°C的反应温度。在该条件下,产物肉桂酸的产率可达96.5%。该树枝状大分子配合物是一种无磷、高效和稳定的Heck反应催化剂。且该催化剂经简单的过滤、溶剂洗涤进行回收,重复使用3次,产率仍能达到90.2%。     

偕胺肟纤维-钯(II)配合物的制备及对Heck反应的催化性能研究

以聚丙烯腈纤维为基体,通过较简单的方法获得了偕胺肟纤维- 钯(II)配合物,采用FTIR、XPS等技术对其结构和性能进行了表征。本研究考察了该配合物在不同反应条件下对碘苯与苯乙烯的Heck反应的催化性能,结果显示：该配合物在较温和的条件下即可很好的催化Heck反应,经重复使用5次后,1,2-二苯乙烯的产率仍达90%以上,并且反应结束后催化剂易于从反应体系中分离。对于其他不同底物之间的Heck反应,偕胺肟纤维- 钯(II)配合物同样显示较好的催化性能。     

Silica‐coated nano‐Fe3O4‐supported iminopyridine palladium complex as an active,phosphine‐free and magnetically separable catalyst for Heck reactions

A novel magnetic nanoparticle‐supported iminopyridine palladium complex was successfully prepared by attaching palladium acetate to iminopyridine ligand‐functionalized silica‐coated nano‐Fe₃O₄. The as‐prepared catalyst was well characterized and was evaluated in Heck reactions in terms of activity and recyclability. It was found to be highly efficient for the reactions of various aryl iodides and aryl bromides having electron‐withdrawing groups with olefins under phosphine‐free and inert atmosphere‐free conditions. Moreover, the catalyst could be conveniently recovered using an external magnet, and the recyclability was influenced by the base in the Heck reaction. The catalyst could be reused at least six times with no significant loss in activity when triethylamine acted as the base.     

Methionine‐functionalized chitosan–Pd(0) complex: A novel magnetically separable catalyst for Heck reaction of aryl iodides and aryl bromides at room temperature in water as only solvent

We report a novel catalyst system with an immobilized palladium metal‐containing magnetic nanoparticle core (ImmPd(0)‐MNPs) for the Heck reaction. ImmPd(0)‐MNPs was found to be an exceptionally mild and versatile catalyst for the Heck reaction of aryl iodides and bromides at room temperature. The catalyst was simply recovered using an external magnet from the reaction mixture and recycled six times. The results showed that the catalyst was very active and stable. Moreover, the reaction was carried out in water as a green and environmentally acceptable solvent. In terms of scope and mildness, ImmPd(0)‐MNPs is an improvement over previously reported catalysts for Heck coupling methods.