噻吩类Metal-Salen多相催化剂的合成、表征及其在苯甲醇选择性氧化反应中的催化性能

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金属希夫碱(Metal-Salen)配合物作为一类高效催化剂,被广泛应用于多种有机合成反应中,如烯烃不对称催化氧化、环氧化合物水解、及Diels-Alder反应等。小分子Metal-Salen配合物在催化反应中存在热稳定性较差、分离困难、重复利用率低等问题,致使其应用受到一定程度的限制。均相催化剂的固载化不但可以有效解决均相催化剂自身的局限性问题,在一定程度上还可以增加催化剂的催化性能。  本文用噻吩-2-甲醛代替传统的水杨醛,与不同过渡金属离子制备出一系列新型噻吩类Metal-Salen配合物均相催化剂,并选用MCM-48介孔分子筛和锐钛矿相纳米TiO2作为载体,分别采用轴向配位封装法和化学接枝法对Metal-Salen配合物进行固载。用FT-IR、XRD、等对合成的催化剂进行表征。以苯甲醇选择性氧化为探针反应,考察了配体结构、中心金属离子等因素对催化剂性能的影响。  一、噻吩类Metal-Salen配合物的制备、表征及其催化性能  利用理论计算设计并制备了三种噻吩类希夫碱配体L1、L2和L3,配体再与Co、Ni、Cu、Zn四种不同过渡金属离子形成Metal-Salen配合物。XRD、红外等表征证明配合物被成功制备。考察了配体结构、中心金属离子等因素对催化剂性能的影响。活性测试结果表明,催化剂的活性不仅依赖于活性中心金属离子的催化氧化能力,在一定程度上也受配体结构影响。其中CoL1的催化性能最好,苯甲醇转化率可达55.72%,选择性88.4%。但催化剂寿命差,循环使用困难。  二、MCM-48负载型Metal-Salen催化剂的制备、表征及其催化性能  采用软模板法制备了MCM-48介孔分子筛,硅烷化后作为载体,通过轴向配位的方式将活性较好的四种Metal-Salen配合物固载于MCM-48上。XRD、BET等表征结果表明,固载后MCM-48分子筛仍然保持三维立方孔道结构,孔体积有所下降,证明Metal-Salen配合物成功固载于MCM-48孔道内。活性测试结果表明,固载后不同金属离子配合物催化活性与均相Metal-Salen配合物的催化活性具有相同的趋势。其中活性最好的CoL1/MCM-48催化苯甲醇的转化率为43.5%,选择性89.2%。循环使用后活性有所降低,可能是由于轴向配位不稳固,以致在循环使用中活性组分有所流失,催化活性降低。  三、TiO2接枝型Metal-Salen配合物催化剂的制备、表征及其催化性能  用端氨基超支化聚合物(HBP-NH2)包裹纳米TiO2颗粒,并采用化学接枝法在改性后的纳米TiO2颗粒表面直接合成Salen配体,再分别与Ni、Cu、Zn三种过渡金属离子合成Metal-Salen配合物。XRD、ICP-AES等表征分析表明,Metal-Salen配合物成功接枝到纳米TiO2颗粒表面,改性和接枝后的纳米TiO2颗粒仍保持完好。活性测试结果表明,Cu-Salen/TiO2的催化活性最高,苯甲醇的转化率为33.08%,选择性88.63%。化学接枝后催化剂的稳定性有所提高,循环使用6次后仍然具有活性。
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