负载型铜催化剂在点击化学中的应用开题报告

 2023-10-13 08:10

1. 研究目的与意义

近年来,点击化学以其应用范围广、反应条件简单、速度快,产率高、环境友好、选择性强等诸多优点受到科学家的青睐,点击化学的概念对化学合成领域有很大的贡献,在药物开发和生物医用材料等的诸多领域中,它已经成为最为有用和吸引人的合成理念之一。点击化学的代表反应为铜催化的叠氮-炔基反应。点击化学反应具有以下共同特征: (1)应用“组合”的概念,应用范围广;(2)反应条件简单(在水中或良溶剂中进行)、速度快、 产率高、副产物少、环境友好;(3)反应具有很强的立体选择性;(4)反应原料和试剂易得;(5)符合原子经济。

但是CuAAC需要使用一价铜作为催化剂,需要无氧环境保持催化活性,且铜催化剂具有一定的毒性,反应过程中使用的叠氮化物通常需要以易爆且剧毒的叠氮钠作为原料合成,存在一定的危险性。而且此反应的生成物1,2,3-三唑化合物是一类具有药物活性的杂环化合物。目前铜催化的叠氮与炔的 1,3 偶极环加成反应(CuAAC)是合成三唑化合物的主要方法,该方法虽然选择性高、产率高,但是还存在以下几个不足之处:一是均相反应,均相催化剂与产物难以分离,铜在产物中有较多的残留;二是反应时间长,常需要 12-24h不等,效率低;三是反应介质主要是有机溶剂,对环境造成较大的污染。因此设计更加绿色的,高效的,简单的、可循环使用的催化剂具有很大的必要性。而异相的负载型催化剂却刚好弥补了这些不足之处,不仅分离简单,通过简单的过滤、外加磁场或者离心就能迅速实现催化剂与产物的分离,产物中铜的残留量也低,而且还可以循环使用,如果在工业上能够应用,这样不仅降低了生产成本,提高了效率,而且对环境的污染降低了很多。

综上我们要测试并且做出异相的负载型铜催化剂,改善以上的情况。

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2. 研究内容和预期目标

拟开发一种结构新颖的负载铜催化剂,并将其应用于Husigen环加成反应,具有较强的理论意义和实际应用前景。通过文献检索,设计合成1-2种负载铜催化剂。主要研究内容如下:

(1)在预设合成路线的基础上,选择具体合成条件,合成出1-2种负载铜催化剂。

(2)实验条件考察,对所制备的催化剂进行表征(红外、热重等)。

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3. 研究的方法与步骤

1. 负载铜催化剂的制备方法

制备方法(1):在100 mL的烧瓶中依次加入木质素磺酸钠(1.5g)、硝酸铜(262mg,1.4mmol)和无水乙醇(30 mL)。混合物在60 ℃下回流搅拌12小时。反应结束后冷却至室温,抽滤得固体物质。经甲醇洗涤(50 mL5)、真空干燥后得固体即为木质素-硝酸铜催化剂LS-Cu(NO3)2

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4. 参考文献

[1]Schejn A, Aboulaich A, Balan L, et al. Cu2 -doped zeolitic imidazolate frameworks (ZIF-8): efficient and stable catalysts for cycloadditions and condensation reactions[J]. Catal Sci Technol, 2015, 5: 1829-1839.

[2]刘清, 张秋禹, 陈少杰, 等. 巯基-烯/炔点击化学研究进展[J]. 有机化学, 2012, 32: 1846-1863.

[3]邵长伟. 铜催化的炔烃参与的偶极环加成反应研究[D]. 北京: 清华大学, 2010.

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5. 计划与进度安排

(1)2024-3-6~2024-3-10(第三周)在查阅文献资料的基础上,写出开题报告。

(2)2024-3-13~2024-5-12(第四周到第十二周)完成合成实验、结构表征以及性能测试。

(3)2024-5-15~2024-5-19(第十三周)撰写毕业论文并准备答辩。

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