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钯催化的Heck反应和脱羧偶联反应是有机化学中构建C-C键的重要方法。Heck反应的产物是含不对称烯烃结构的化合物,脱羧偶联反应的产物是二芳基化合物。这两种结构存在于许多天然产物和生物活性物质中,是合成药物、染料、防晒剂、除草剂、生物碱、液晶材料等物质的重要中间体。从实用角度出发,均相催化存在着催化剂不能重复使用或催化剂不能循环,产品中易混有金属杂质等缺点。异相催化能够解决这些问题。因此发展异相催化对于实际运用Heck反应和脱羧偶联反应是很重要的。本论文主要包括以下两个方面的工作。
本论文第一部分采用吸附法制备了TiO2负载的Pd纳米催化剂,实验发现这种催化剂在Heck反应中显示了高活性和可再循环使用性。这种制备催化剂的方法能够在TiO2表面形成高分散的Pd活性物种。催化反应过程中,在TiO2表面生成了通过原位还原生成的Pd纳米颗粒。TEM显示这些纳米颗粒是单分散的,粒径在5-6nm；循环试验显示Pd/TiO2催化剂能够循环使用多次,几乎没有催化活性损失。
本论文第二部分采用浸渍法制备了多种载体负载的Pd催化剂,首次实现了异相脱羧偶联反应。实验发现在添加剂CuI协助下,Pd/MgO催化剂在脱羧偶联反应中显示出最好的催化活性；通过优化,得到了脱羧偶联最佳的反应条件,并进一步扩展了反应底物,包括芳基溴化物、芳基氯化物、缺电子和富电子的羧酸；循环试验表明经过处理后回收的Pd/MgO催化剂能够循环使用,催化活性几乎没有损失；此外通过TEM、XRD、N2吸附-脱附、XPS和EDX等测试手段对Pd/MgO催化剂进行了表征。
这两种催化体系具有以下共同特征:(ⅰ)催化剂未经高温H2还原可直接使用；(ⅱ)在Heck反应和脱羧偶联反应中,这两种催化剂都显示出高的催化活性；(ⅲ)催化剂稳定性优良,可以循环使用。