新型介孔材料修饰的有机手性小分子催化剂的制备及性能研究

在不对称有机合成领域，有机小分子催化剂因为低毒、原子经济性、潜在的催化能力和比生物酶或其他生物催化剂稳定等优点，在催化领域深受化学研究者地广泛关注，也促使很多化学家去探索它们在反应中的催化机制。介孔材料已经被引入到有机催化、石油炼制、半导体材料和生物医药等领域，我们将介孔材料（MCM-41或SBA-15）引入到有机小分子结构中，制备出介孔材料MCM-41（或SBA-15）有机手性小分子催化剂，从而将介孔材料运用到不对称合成中。本项目对制备出的新型介孔材料MCM-41(或SBA-15)有机小分子催化剂进行表征，并应用于有机反应中，研究其催化性能，筛选出最优结构催化剂。同时，探究催化的反应机理，以及反应产物在生物抑菌实验中敏感度的测试研究。此类催化剂的研究不仅丰富了催化剂的种类和有机方法学，而且为此类介孔材料在其他领域的应用打下理论基础和现实意义。

惰性载体负载均相催化剂制备非均相催化剂是现在常用制备非均相催化剂的方法。负载手性催化剂的研究虽然很多，但是针对有机合成的领域的理论研究却不多。针对这个情况，我们研究了负载手性催化剂之后催化性能的变化，并且同时从实验和理论分析两方面阐述了问题。我们尝试以MCM-41、SBA-15和无序介孔纳米二氧化硅等硅基类纳米反应器为载体，通过共价键固载小分子催化剂（氨基酸类化合物、金鸡纳碱类化合物、席夫碱类小分子化合物、脂肪胺类化合物等有机小分子化合物）或通过物理作用吸附杂多酸类化合物（磷钼酸、磷钨酸）和简单无机酸类催化剂（高氯酸等化合物）考察这类负载型纳米反应器对催化反应的影响。在此基础之上，又通过酸碱反应、静电作用和金属配位作用进一步制备出其他的非均相纳米反应器。我们不仅仅从实验数据上说明这些催化剂的催化效果和优势，而且还在理论上深入分析了这类催化剂产生优势的原因。最终，我们确认新型的纳米反应器不但保留了均相催化剂的性能，而且在热力学和动力学方面还产生新的优势。在可持续发展的大趋势下，非均相催化剂可以回收的优点越来越受到重视，而直接负载制备非均相催化剂是一种高效便捷的方法。因此，对于这种方法的研究——尤其是理论研究——对于实际生产生活具备指导意义。最重要的是，我们还研究了载体对于不对称催化剂的影响，考察纳米反应器相和均相手性催化剂之间的不同。我们最终发现，非均相催化剂的表面能可以对反应起到促进作用，甚至可以改变反应动力学以及热力学。这对于理论分析和工业生产有很重要的意义。