氮功能化多孔有机聚合物的设计合成及其催化性能研究开题报告

1. 研究目的与意义

1.1 研究背景

催化剂是化学反应里能改变反应物化学反应速率（提高或降低）而不改变化学平衡，且本身的质量和化学性质在化学反应前后都没有发生改变的物质。每一次催化剂的更新换代都会引发化学工业的巨大变革，与此同时带来的社会大进步也是有目共睹的。许多重要的石油化工过程若不用催化剂其化学反应速度非常慢或根本无法进行工业生产。事实上，催化剂已经广泛应用于化学工业的不同领域中。据估计，现代燃料工业和化学工业的生产有80%以上采用催化过程^[1]。

金属催化剂是最常用的一类催化剂。一般的金属催化剂是均相催化，具有反应条件温和，副反应少，易于控制等优点。peterson等^[2]报道了pd(oac)₂与nahco₃组合，以二甲亚砜（dmso）作溶剂可以有效地催化卞醇及烯丙醇类的需氧氧化。用吡啶/甲苯代替nahco₃/dmso，还可以催化氧化脂肪族伯醇及二醇。kaneda等^[3]报道了钯金属簇化合物，pd₄phen₂(co)(oac)₄及pd₅₆₁phen₆₀(oac)₁₈₀，他们可以选择性催化氧化烯丙基伯醇至α,β-不饱和醛。虽然此类均相催化剂具有很多优点，但仍然存在着一些不足之处：(1)通常对空气敏感且合成困难；(2)热稳定性往往较差，限制了其反应温度的提高，以致反应转化率低，催化剂损耗大；(3)分离、回收及再生仍存在较大问题。催化剂的多相化可以解决分离回收困难问题。从上世纪五六十年代开始，化学研究人员致力于研究均相催化剂多相化，制备绿色的、高效的、反应条件温和的非均相催化剂。科学工作者通常采取将金属催化剂负载于一些不溶的基底上以制备异相催化剂。骆成才等^[4]提出均相金属催化剂可通过沸石孔结构、负载到sio₂中孔分子筛表面、利用反应介质的两相特点等方法进行回收，但过程相对繁琐，成本较高。巴斯夫公司^[5]开发了一种基于离子液体的basil工艺用于烷氧基麟的制备，迪高沙公司用离子液体两相来制备有机硅化合物，均显示了反应速率快、催化剂易于分离和循环使用的优点。2013年, nguyen^[6]等合成了具有催化活性的基于ta-邻苯二酚骨架结构的有机多孔材料ta-catpops。首先通过钴催化的炔炔三聚反应合成邻苯二酚骨架的有机多孔材料, 然后再配合ta(v)离子就得到了单一配体结构的ta-catpops材料。得到的材料具有很高的比表面积(1050 m²/g), 在催化环己烯还原反应中表现出很好的催化活性，并且该材料催化活性远好于类似结构的均相催化剂。多孔有机聚合物体系为异相催化剂体系的构建提供了良好的载体选择。在开发异相催化剂的过程中，载体的选择是关键。多孔有机聚合物材料（porous organic polymers, pops）是由刚性分子基元之间通过聚合反应以有机共价键连接形成，优势主要体现在: (1)多孔有机材料多是由一些较轻的化学元素组成, 比如碳、氮、氧、氢等; (2)有机材料通常采用共价键连接, 使材料的稳定性大大增强; (3)多孔有机聚合物材料具有简单高效的合成方式、多策略的构筑手段、易于功能化及广泛的应用性；(4)具有比表面积高、化学稳定性好、空间拓扑结构丰富和组成结构可设计性等优点，是过渡金属催化有机反应的良好载体。受益于其结构的优越性, 多孔有机材料在多相催化中表现出优异的催化性能^[7]。

2. 研究内容和预期目标

2.1 主要研究内容

1、拟合成含氮功能化多孔有机聚合物。

2、研究含氮功能化pops的最佳合成配方并对制得的pops进行结构和组成的表征。

3. 研究的方法与步骤

1. 将带有醛基和氨基的三嗪环单体醛胺缩合合成pops。

2. 利用傅里叶变换红外光谱、热重、x射线衍射对pops的结构和组成进行分析。

3. 通过搅拌的方法将pb² 负载在pops上构建多相催化剂。

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   4. 参考文献

   [1] 李玉林, 吴彩霞. 催化剂在化学工业中的重要作用[j]. 内蒙古石油化工, 2008, 34(14):45-47.

   [2] t. nishimura, t. onoue, k. ohe, et al. pd(oac)₂-catalyzed oxidation of alcohols to aldehydes and ketones by molecular oxygen[j]. tetrahedron lett., 1998, 39(33):6011-6014.

   [3]k. kaneda, y. fujie, k. ebitani. cheminform abstract: catalysis of giant palladium cluster complexes. highly selective oxidations of primary allylic alcohols toα, β-unsaturated aldehydes in the presence of molecular oxygen[j]. tetrahedron lett., 1997, 38(52):9023-9026.

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   5. 计划与进度安排

   1、2022年1月13日-2022年2月2日

   查阅课题相关文献、学习软件、仪器操作

   2、2022年2月3日-2022年3月1日

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