硅胶固定功能化离子液体的制备及其在5-羟甲基糠醛合成中的应用

通过γ-氯丙基三甲氧基硅烷将磺基功能化离子液体-N-磺丙基咪唑盐化学键合到微球硅胶上,制得微球硅胶固定化离子液体(IL3). 用FTIR、TG、~(13)C NMR、SEM、BET及酸度测定等测试技术对IL3进行了表征,并考察其在果糖脱水合成5-羟甲基糠醛(HMF)过程中的催化性能. 研究结果表明,氯丙基三甲氧基硅烷可以将磺基功能化咪唑型离子液体化学键合到微球硅胶上. 微球硅胶固定化磺基咪唑离子液体能有效催化果糖脱水生成HMF. 果糖在固载率45.4%的IL3催化下、乙二醇甲醚(EGME)溶剂中、115 ℃反应5 h,HMF收率可达82.1%. 催化剂循环使用4次后,HMF的收率下降为53.0%.     

果糖在酸性离子液体中脱水制备5-羟甲基糠醛

制备了多种离子液体,并将其作为催化剂和溶剂催化果糖脱水制备5-羟甲基糠醛（HMF）。 制备的酸性离子液体包括磺酸基功能化酸性离子液体、咪唑类酸性离子液体和吡啶类酸性离子液体。 利用核磁共振仪和红外光谱仪对离子液体的结构进行表征。 利用紫外可见光分光光度计结合Hammett指示剂计算Hammett酸度函数,比较了酸强度的大小对反应的影响。 结果表明,离子液体的酸强度对反应有较大影响,在无其它催化剂和溶剂的情况下,离子液体具有较高的催化活性,通过使用1-丁基-3-甲基咪唑氯盐(BmimCl)作为催化剂,当反应温度为120 ℃,反应进行到4 h时,HMF收率可以达到74.97%。     

离子液体中磺化无定形炭催化菊糖制备5-羟甲基糠醛

研究了以1-丁基-3-甲基咪唑氯盐([Bmim]Cl)离子液体作溶剂,磺化无定形炭为催化剂催化菊糖脱水制5-羟甲基糠醛(HMF)的反应.考察了溶剂、水量、反应温度、反应时间和催化剂用量对HMF收率的影响.实验结果表明,反应温度为100°C,反应时间60min,R=5(R为水的物质的量与菊糖中所含果糖单位的物质的量的比值),m(催化剂):m(菊糖)=1:3时,HMF的收率可达50%.     

吗啡啉功能化酸性离子液体的合成、表征及其催化酯化性能

制备和表征了三种新型质子酸离子液体: 吗啡啉硫酸氢盐([Hnhm]HSO4)、4-甲基吗啡啉硫酸氢盐 ([Hnmm]HSO4)和SO3H-功能化的4-(3-磺丙基)吗啡啉硫酸氢盐([C3SO3Hnhm]HSO4). 以氯乙酸(CAA)和乙醇合成氯乙酸乙酯的酯化反应考察了它们的酸性和催化活性, 并与1-(3-磺酸基)丙基-3-甲基咪唑硫酸氢盐、1-(3-磺丙基)吡啶硫酸氢盐、1-(3-磺丙基)-2-吡咯烷酮硫酸氢盐等三种具有不同氮杂环的SO3H-功能化酸性离子液体以及浓硫酸相对照. 结果表明, 上述SO3H-功能化离子液体对酯化反应的催化性能比非SO3H-功能化的[Hnhm]HSO4和[Hnmm]HSO4都高, 等同甚至优于浓硫酸. 当反应条件为: n(EtOH)∶n(CAA)∶n([C3SO3Hnhm]HSO4)＝1.3∶1∶0.2, 反应温度80 ℃, 反应时间3 h, 酯收率可达93.4%. 而且离子液体经真空干燥重复使用9次, 催化活性仍无明显下降. 以[C3SO3Hnhm]HSO4催化乙酸和不同醇的酯化反应获得较高的酯收率和选择性, 离子液体跟酯产物均能自动分相. 还考察了SO3H-功能化酸性离子液体对奥氏体316不锈钢的腐蚀性. 尽管SO3H-功能化离子液体与硫酸的酸性相近, 但对钢试样的腐蚀率不到硫酸的1/3.     

咪唑修饰硅胶配位固载锰(Ⅲ)卟啉对环己烷空气氧化的催化作用

应用3-氯丙基三甲氧基硅烷和咪唑成功地对硅胶表面进行了修饰,并通过咪唑基纵轴配位方式固载了四苯基锰(Ⅲ)卟啉.在无任何外加溶剂及共还原剂的条件下,应用此高分子金属卟啉作为催化剂,选择性地催化空气氧化环己烷为环己酮和环己醇.研究结果表明,与未固载金属卟啉相比,固载金属卟啉具有更高的催化活性和催化选择性,反应具有更高的酮醇比,催化剂的稳定性有了较大的提高,便于回收和重复使用.另外还探讨了载体在此催化体系中对催化性能的影响.     

己内酰胺功能化离子液体的合成及其催化酯化性能的研究

以价格低廉的己内酰胺为原料,制备和表征了4种己内酰胺功能化离子液体:1-(3-磺丙基)己内酰胺硫酸氢盐([C3SO3HCP]HSO4)、1-(3-磺丙基)己内酰胺对甲苯磺酸盐([C3SO3HCP]PTSA)、1-(3-磺丙基)己内酰胺磷酸氢盐([C3SO3HCP]H2PO4)、1-(3-磺丙基)己内酰胺四氟硼酸盐([C3SO3HCP]BF4).以乙酸和乙醇的酯化反应考察4种酸性离子液体的催化活性,并与3种具有不同氮杂环的SO3H-功能化离子液体和浓硫酸相对照.结果表明:当n(C2H5OH)∶n(CH3COOH)=1∶1.5,催化剂[C3SO3HCP]HSO4用量为酸醇总质量的5%,反应温度80℃,反应时间6 h,酯收率可达93.8%,离子液体经真空干燥重复使用10次后,仍具有较高的催化活性,而且对奥氏体316 L不锈钢试样的腐蚀率不到浓硫酸的1/6.还考察了以[C3SO3HCP]HSO4为催化剂催化合成系列乙酯也获得了较高的酯收率,且离子液体均能与酯产物自动分相.与传统硫酸催化酯化相比,此类离子液体催化酯化具有生产成本低、过程清洁、腐蚀率低、使用周期长等优点,具有替代传统浓硫酸催化醇酸酯化反应的潜力.     

磺酸功能化双核离子液体催化合成双酚F

合成并表征了4种具有Brnsted酸性的磺酸功能化咪唑类离子液体催化剂,考察了其在催化苯酚、甲醛合成双酚F反应中的催化活性.结果表明磺酸功能化双核离子液体双-(3-磺酸丙基-1-咪唑)亚丁基硫酸氢盐([DPSIM][HSO4]2)不仅催化活性最佳,还提高了4,4’-双酚F异构体的含量.以[DPSIM][HSO4]2为催化剂,在苯酚与甲醛摩尔比30∶1、离子液体催化剂质量浓度6.8%、反应温度90℃、反应时间60 min的优化条件下,双酚F收率可达94.1%,同时提出了其催化合成双酚F的反应机理.该离子液体催化剂腐蚀性低,易分离回收,在重复使用6次后,双酚F收率仍在70%以上.     

具有表面活性的功能化离子液体N-(三甲氧硅丙基)-N-甲基-2-吡咯烷酮盐酸盐的合成与表征

以N-甲基-2-吡咯烷酮和3-氯丙基三甲氧基硅烷单体为原料,利用SN2亲核取代反应合成具有一定表面活性的功能化离子液体N-(三甲氧硅丙基)-N-甲基-2-吡咯烷酮盐酸盐.通过元素分析、红外光谱和核磁共振对功能化离子液体进行表征,并测定了其表面张力和导电率.结果表明,合成的产物结构与其理论结构基本一致,具有较宽的液体温度范围和较低的表面张力,并具有较高的电导率,随着温度的升高,电导率逐渐增高.     

咪唑修饰硅胶负载乙酰丙酮钴(Ⅱ)催化分子氧氧化单萜烯研究

采用3-氯丙基三甲氧基硅烷和咪唑对硅胶表面进行修饰(SiIm), 通过咪唑环中π电子与钴离子空d轨道之间的纵轴配位作用制得非均相负载催化剂Co(acac)₂/SiIm, 用IR, UV-Vis和ICP-AES对其结构进行表征. 在乙腈溶剂中, 催化剂催化分子氧氧化单萜烯得到了相应的氧化产物. 研究表明, 负载催化剂具有良好的催化氧化性能, 获得了较高的反应转化率和产物选择性, 其中柠檬烯和α-蒎烯的氧化以环氧产物为主, 而β-蒎烯的氧化则以烯丙位氧化产物为主. 另外, 对反应机理和竞争反应进行了简单的阐述.     

负载型磺酸化席夫碱二-邻苯甲醛乙二胺(Salen)-Mn(Ⅲ)配合物催化不对称环氧化反应

设计了负载型催化剂/离子液体体系：磺酸化席夫碱二-邻苯甲醛乙二胺(Salen)-Mn(Ⅲ)配合物中5, 5′-磺酸根通过氢键作用分别负载于硅胶和硅藻土,再分散于亲水性离子液体1-正丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐(BMImBF₄)或憎水性离子液体1-正丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐(BMImPF₆)中。研究了此催化体系对苯乙烯和α-甲基苯乙烯的不对称环氧化反应,结果表明此体系减少了催化剂的流失,催化体系可循环五次;扩大了手性诱导能力,对映体过量值(ee)可达100%;     

Cellulose sulfuric acid as a bio-supported and recyclable solid acid catalyst for the synthesis of 5-hydroxymethylfurfural and 5-ethoxymethylfurfural from fructose

In this study, we have developed a new and green method for the synthesis of 5-hydroxymethylfurfural (HMF) and 5-ethoxymethylfurfural (EMF) from fructose using cellulose sulfuric acid as catalyst. Firstly, HMF was synthesized from fructose, and a high yield of 93.6 % was obtained in DMSO for 45 min in the presence of cellulose sulfuric acid. Cellulose sulfuric acid also showed high catalytic activity for the synthesis of EMF. EMF was obtained in a high yield of 84.4 % by the etherification of HMF under the optimal reaction conditions. More importantly, a high EMF yield of 72.5 % was also obtained from fructose through one-pot reaction strategy, which integrated the dehydration of fructose into HMF and the followed etherification of HMF into EMF. The reaction work-up was very simple and the catalyst could be reused several times without the loss of its catalytic activity.     

Zirconyl schiff base complex-functionalized MCM-41 catalyzes dehydration of fructose into 5-hydroxymethylfurfural in organic solvents

A heterogeneous catalyst was prepared by immobilizing Zirconyl Schiff base complex on the modified MCM-41 and used in the conversion of fructose to HMF. A higher HMF yield was obtained when fructose as raw material under optimal reaction conditions.     

吡啶甲磺酸盐离子液体的固载化及其在聚甲醛二甲醚合成中的催化作用

采用键合法将吡啶甲磺酸盐离子液体负载在HZSM-5分子筛上,得到分子筛负载型离子液体催化剂,并将其用于聚甲醛二甲醚(PODEn)的合成。X射线衍射、红外光谱和N2吸附-脱附表征结果显示,吡啶甲磺酸盐离子液体较好地固载于分子筛上。用于催化合成PODEn时较适宜的反应条件为:离子液体负载量0.25 g、甲醇与三聚甲醛的物质的量比(即醇醛比)1.5、110℃、反应时间3 h,催化剂用量为总反应物质量的2.2%。缩合产物中柴油添加组分PODE3~8收率可达67.35%;与单纯离子液体或分子筛催化效果相比,PODE3~8收率得到提高。固载化离子液体易回收,可重复利用;当重复使用3次后,PODE3~8收率仍能达到45.62%。     

磺酸官能化的磁性核壳结构的纳米材料用于果糖脱水制备5-羟甲基糠醛(英)

通过反相微乳液法制备了以Fe₃O₄为核,磺酸官能化的硅基材料为壳层的磁性酸性催化剂.首先制备纳米Fe₃O₄磁核,然后涂层包覆苯基修饰的纳米级硅层,最后进行苯基磺化修饰,制得固体酸催化剂Fe₃O₄@Si/Ph-SO₃H.在果糖脱水制备5-羟甲基糠醛反应中,该催化剂表现出较好的催化活性,优于传统催化剂A-15,且与均相无机酸催化活性相当.当采用二甲基亚砜作溶剂,在110℃下反应3 h,果糖转化率达到99%,5-羟甲基糠醛收率为82%.另外,该催化剂经磁法回收后可多次重复使用.     

Metal-free dehydration of glucose to 5-(hydroxymethyl)furfural in ionic liquids with boric acid as a promoter

The dehydration of glucose and other hexose carbohydrates to 5-(hydroxymethyl)furfural (HMF) was investigated in imidazolium-based ionic liquids with boric acid as a promoter. A yield of up to 42% from glucose and as much as 66% from sucrose was obtained. The yield of HMF decreased as the concentration of boric acid exceeded one equivalent, most likely as a consequence of stronger fructose-borate chelate complexes being formed. Computational modeling with DFT calculations confirmed that the formation of 1:1 glucose-borate complexes facilitated the conversion pathway from glucose to fructose. Deuterium-labeling studies elucidated that the isomerization proceeded via an ene-diol mechanism, which is different to that of the enzyme-catalyzed isomerization of glucose to fructose. The introduced non-metal system containing boric acid provides a new direction in the search for catalyst systems allowing efficient HMF formation from biorenewable sources.     

Conversion of d-glucose into 5-hydroxymethylfurfural (HMF) using zeolite in [Bmim]Cl or tetrabutylammonium chloride (TBAC)/CrCl2

The formation of hydroxymethylfurfural (HMF) from glucose was studied. It was found that the CrCl₂-catalyzed conversion in the ionic liquid, butylmethylimidazolium chloride ([Bmim]Cl) leads to negligible quantities of 3-deoxyglucosone confirming that fructose is the main intermediate. It was found that the environmentally unfriendly chromium salt could be replaced with zeolite (H-ZSM-5) leading to a 45% yield of HMF. It was also found that the solvent [Bmim]Cl could be replaced with non-toxic tetrabutylammonium chloride (TBAC) giving a 56% yield of HMF.     

果糖催化合成5-羟甲基糠醛研究的新进展

5-羟甲基糠醛(HMF)是一种具有重要应用价值的原材料和中间体,以果糖脱水合成HMF具有实现生物质转化利用的重大意义。本文综述了近三年来果糖制备HMF过程的两大关键因素:催化剂和反应介质的重要进展。固体酸(特别是杂多酸及其盐)、离子液体(ILs)中添加卤化物或ILs作为催化剂是近几年来研究的热点,固体酸的优点是可多次重复使用且易于分离,而ILs中果糖的降解条件较温和,副反应较少。目前,用于果糖转化HMF的反应溶剂优、缺点并存。最后对该反应存在的问题和今后的研究进行了总结和展望。