基于Heck反应的Pd/碳纳米管磁性新型催化剂的制备及反应性能研究

In present, the Pd nanocatalysts in Heck reaction are expensive and easy leaching to products, it increases reaction cost and results in products contamination. The weak interaction between palladium nanoparticles (NPs) and carrier is the main reason for Pd-leaching and deactivation. The small size for Pd nanocatalysts makes it difficultly separated from products and declines it recycle efficiency. It is necessary to develop new catalysts with easily separable, recyclable, efficient advantage. In this project, with carbon nanotubes (CNTs) usage as bone of nanocatalysts and the inner-outer shell of it modified, we prospectively develop new Pd nanocatalysts in Heck reaction. Robust magnetic materials would be filled in the chamber of CNT, the outer surface would be functionalized to enhance Pd-CNT interaction. Those strategies will improve Pd nanocatalysts separable, recyclable, efficient and stable properties and reduce Pd-leaching in Heck reaction. The new Pd nanocatalysts will be tested in synthesis of cinnamic compounds Heck reaction to investigate its performance. The new Pd nanocatalysts performance will provide us some clues to optimize its structure to further elevate its stability and recycle efficiency. The new Pd nanocatalysts will shed a beacon light on our understanding of Heck reaction mechanism and facilitate better heck reaction process. The accomplishment of this project will help to eliminate barriers in current Heck reaction and expand its application in synthetic pharmaceutical industry.

现阶段Heck反应Pd系纳米催化剂存在价格昂贵，导致反应成本高和反应过程中Pd流失进入产物，致其污染提纯困难等问题。产生上述现象的原因是Pd纳米颗粒与载体相互作用弱，使其向产物中流失，又因其颗粒半径小，难于分离，导致产物污染和催化剂失活，因而急需开发易分离、可重复使用、高效的催化剂。本项目旨在以碳纳米管为骨架，通过对其内外修饰的方法制备新型Heck反应催化剂。主要包括碳纳米管的磁性性能改良和对其表面改性加强Pd粒子与载体间的相互作用力，以期提升纳米催化剂的分离、回收性能，改善催化剂在反应中Pd的流失问题。通过检测该催化剂在催化合成肉桂类化合物的Heck反应中的性能，进一步优化催化剂结构，达到提高催化剂的稳定性及重复使用率的目的。在得到优化催化剂的基础上，研究Heck反应的作用机制，得到更优化的反应工艺。本项目的完成，有望解决目前传统催化剂在Heck反应中面临的问题，具有重大的应用价值。

现阶段Heck反应Pd系纳米催化剂存在价格昂贵，导致反应成本高和反应过程中Pd流失进入产物，致其污染提纯困难等问题。本项目旨在以碳纳米管为骨架，通过对其内外修饰的方法制备新型Heck反应催化剂。主要包括碳纳米管的磁性性能改良和对其表面改性加强Pd粒子与载体间的相互作用力，以期提升纳米催化剂的分离、回收性能，改善催化剂在反应中Pd的流失问题。课题组严格按照研究计划，利用实验室研究、理论分析及计算化学方法相结合的综合研究方法进行了大量的研究工作，完成了原定的研究内容，取得了较大的进展。制备了一系列聚合物包裹的碳纳米管载体和磁性物质改性的碳纳米管载体，并用于负载Pd催化剂。研究了聚合物的厚度、化学官能团的类型及数量、对催化剂形貌、结构和催化性能的影响。将催化剂应用于Heck反应，并考察了催化剂的作用机制，优化出了具有最佳催化性能的催化剂。本课题较好的完成了研究目标，取得了系列研究新成果。此外，在开展本课题研究的同时，也发现了多个新的研究方向生长点，将在本课题结题后继续深入开展后续研究。