β-环糊精功能化碳纳米管高效催化氧化肉桂油制备天然苯甲醛

天然苯甲醛是一类重要的食品添加剂.在温和液相反应条件下催化氧化肉桂醛制天然苯甲醛是一个有效的手段,但该过程需要活性高、选择性好和易循环利用的高效催化剂.环糊精(CD)一般是由6-8个D-吡喃葡萄糖单元构成,具有"内疏水、外亲水"的特殊结构,能够与尺寸和形状相近的分子通过分子间的非共价键作用力(如氢键、范德华力及疏水性作用力)形成主客体分子包结物.利用环糊精模拟天然酶来提高反应活性和产物选择性一直是研究者追求的目标,并已被广泛用于调控不同的有机反应过程,如氧化、还原、水解和开环等反应.然而,由于β-环糊精易溶于水,需要将其固载至合适的载体上才能实现其循环重复利用.近年,文献中报道了将β-环糊精固定至纤维素或壳聚糖用于催化肉桂油制天然苯甲醛,结果表明,环糊精与载体的功能基团通过弱相互作用的协同能明显提高肉桂醛氧化性能.然而,从实际应用角度看,这些催化剂的循环使用性能和机械强度还需进一步增强.碳纳米管具有良好的化学稳定性、较强的机械性能和环境兼容性,广泛应用于液相吸附或反应系统.例如,碳纳米管作为一种无金属催化剂被成功用于芳族烃和烷烃的氧化脱氢、氧还原反应、烃或酚的氧化和氨分解以及催化苯甲醇制备苯甲醛等反应体系中.基于环糊精能通过形成主客体包结物的形式明显提高反应选择性,以及多壁碳纳米管能通过形成共轭配合物的形式对溶液中芳香化合物具有良好的吸附能力,本文制备了一种β-环糊精功能化多壁碳纳米管,并将其成功用于溶液中肉桂油催化氧化制天然苯甲醛的反应.β-环糊精功能化碳纳米管表现出比环糊精聚合物催化剂更优异的催化性能,在10 min内,肉桂醛转化率和天然苯甲醛选择性能分别达到95%和85%,并且反应体系的活化能从45.66 kJ/mol降至16.33 kJ/mol.循环使用结果显示,这种复合催化剂还具有良好的稳定性和可循环使用性.利用拉曼光谱、透射电镜、红外光谱、X射线衍射、比表面积和热重分析对催化剂进行了系统表征.结果表明,多壁碳纳米管和β-环糊精的协同催化作用是其具有高效催化性能的重要原因.为了进一步研究其催化反应机理,利用量子化学计算对主客体之间的相互作用力进行了探究.结果表明,肉桂醛易通过电子相互作用力吸附至碳纳米管表面,由于环糊精空腔的弱相互作用力更强,肉桂醛更容易进入环糊精空腔,通过环糊精上的羟基与肉桂醛之间O?H···O的氢键相互作用,并通过体系生成的高碳酸根氧化剂(HCO4-),促使肉桂醛C=C不饱和双键断裂生成苯甲醛,而生成的苯甲醛与环糊精之间的弱相互作用低于肉桂醛与环糊精之间的相互作用,苯甲醛可迅速地离开环糊精空腔.因而,β-环糊精和碳纳米管的协同作用可明显提高底物选择性.     

β-环糊精超分子催化剂用于液相有机合成

详细介绍了β-环糊精超分子作为催化剂应用于液相有机合成, 包括开环、脱保护、保护、氧化、还原、加成、置换等反应的研究进展. 对β-环糊精的催化性能和反应底物选择性能进行分析, 认为β-环糊精与底物的相互作用可有效地催化液相有机化学反应, 提高反应选择性. 提出对β-环糊精进行功能化修饰将促使其在液相有机合成反应中有更大的发展前景.     

酞菁锌高效催化以二氧化碳、含氢硅烷和有机胺为原料合成甲酰胺类衍生物

目前为了有效地利用好CO2,主要策略有以下几种:(1)"水平途径"——无价态及能量变化,譬如生成尿素、环状碳酸酯、聚碳酸酯及噁唑烷酮类衍生物等;(2)"垂直途径"——有价态及能量变化,譬如直接加氢转化成碳一产品(甲酸、甲醛、甲醇、甲烷)等;(3)"对角线途径"——有价态及能量变化,即结合石油化工原料将CO2还原生成醇、醚、羧酸、亚胺、酰胺、酯等系列高附加值的精细有机化工产品.其中以二氧化碳和含氢硅烷为原料,通过有机胺的N-甲酰化反应合成甲酰胺类衍生物符合绿色化学和可持续发展的要求.基于仿生催化CO2分子活化的基本理论,我们借鉴强极性的有机溶剂可有效活化硅氢键的性质,创新性地将廉价易得的酞菁锌(ZnPc)作为类酶催化剂,并以化学计量的N,N'-二甲基甲酰胺(DMF)为添加剂,构成组分新颖并高效绿色的类酶协同催化体系,实现了在温和反应条件下高效高选择性地合成甲酰胺类衍生物.研究发现:以苯硅烷作为还原剂,当加入0.5 mol%ZnPc和2 mmol DMF,在25℃和0.5 MPa下仅需反应6 h,可得到收率为99%的N-甲基甲酰苯胺.更值得注意的是,当以更易得的聚甲基氢硅烷(PMHS)为还原剂时,加入5 mol%ZnPc和1 mL DMF,在80℃和1 MPa下反应8 h,N-甲基甲酰苯胺的收率也高达99%.实验结果表明:添加剂DMF可以通过溶剂化和强极性作用高效活化含氢硅烷中的Si?H键,然后具有亲电性的金属活性中心能够稳定氢负离子生成高活性锌氢中间体.即ZnPc/DMF之间的协同催化作用能够促进氢化物从含氢硅烷转移到CO2分子,进而有利于CO2分子的高效活化.综上所述,利用类酶催化剂反应专一性的特点,通过有机胺的N-甲酰化反应,实现了以CO2和含氢硅烷为原料在温和条件下甲酰胺类衍生物的绿色高效合成.这对于设计和开发更加高效的催化体系具有一定的指导作用和借鉴意义.     

β-环糊精选择性催化氧化对甲氧基苯甲醛的研究

b-环糊精不仅有增溶作用, 还具有由羟基与反应底物的相互作用所产生的催化作用, 以及由此产生的b-环糊精与反应底物的相互作用对于反应选择性的影响. 在β-环糊精存在下, 以H2O2/H3BO3/H2SO4组成的反应体系, 以水为唯一溶剂, 对甲氧基苯甲醛通过Baeyer-Villiger氧化得到对甲氧基苯酚. β-环糊精可与对甲氧基苯甲醛和对甲氧基苯酚形成包结物, 使反应速率降低, 有效地保护甲氧基, 防止其继续反应, 提高反应的选择性. 采用1H NMR, UV-Vis, FT-IR对β-环糊精与对甲氧基苯甲醛的相互作用进行表征分析, 发现在水相中β-环糊精与对甲氧基苯甲醛可以自发地形成物质的量比为1∶1的包结物, 其吉布斯函变Δγ (298 K)为－14.577 kJ•mol－1, 稳定常数Ka为358, 结合FT-IR分析推测出包结物中醛基较多地位于β-环糊精空腔的小口端.     

天然香料纳微胶囊中间体

作为一种中间体,天然香料纳微胶囊具有可控释放、保护活性成分的优势,已经被广泛应用于食品、日化和纺织等很多领域。然而,天然香料纳微胶囊的结构与性能的不可控限制了其在高技术领域的进一步应用。天然香料纳微胶囊属于结构化产品,性能不仅取决于比例和组成,微观与介观结构也起着重要的作用。本课题组在化学产品工程理念的指导下,以产品需求为导向,从分子水平研究芯材与壁材分子间的相互作用,建立天然香料纳微胶囊结构与性能的关系,通过多壁材复合技术、微流控技术与过程控制技术实现化学品的精确定制。本文综述了天然香料纳微胶囊在不同领域中的应用进展,重点探讨用化学产品工程理念来设计、制备天然香料纳微胶囊,并对该领域所面临的挑战和未来的研究方向进行了展望。     

金属卟啉类模拟酶催化剂研究

对金属卟啉化合物在催化氧化反应中的应用和机理方面的最新研究成果进行了详细的阐述,并概述了量化计算方法在金属卟啉分子设计、结构及催化活性等方面的应用.也介绍了本课题组在上述领域的最新研究成果.预测了金属卟啉化合物在催化领域的应用前景.