仿珊瑚型固载多层离子液体催化剂催化纯水相有机反应研究

水相中进行有机反应近年来已成为国际上的研究热点。因为水具有廉价、无毒、不燃、可再生等优点，同时在化学污染中，约有80%来自反应中使用的有机溶剂。但由于大多数有机物难溶于水或在水中的溶解度很小，纯粹水相中而无任何有机溶剂辅助的反应并不多见。本项目利用我们自己合成并已初步证明对纯水相中有机反应具有优异催化性能的仿珊瑚型多层离子液体催化剂，选择具有重要理论意义和应用价值的有机反应如交叉偶联、亲核取代、芳环羟基化反应等，探索和筛选催化剂在纯粹水相介质、温和条件下对这些反应的催化性能，并用于几种我国当家农药品种如稻丰散及重要化工产品如邻苯二酚、苯胺等的纯水相绿色合成方法，以期获得一些重要的科学认识和具有重要工业价值的绿色新方法。

本项目研究工作基本上按原计划执行，同时我们根据国际上有关领域研究动向和本项目研究进展的具体情况，增加或调整了部分研究内容，完满完成了项目计划和目标。所取得的主要研究进展和结果有：.1. 完善了固载多层离子液体基础催化剂及功能负载催化剂的合成路线、方法和条件，合成了多个系列不同类型的功能负载催化剂。对催化剂进行了充分和必要的表征，并与循环使用后的催化剂进行了对比，揭示了其保持高活性的奥秘。.2.利用固载多层离子液体负载钯纳米晶催化剂，在常温常压无溶剂或在仅仅用水作溶剂的条件下，实现了硝基芳烃催化加氢为芳胺的反应，产率和纯度均达到定量，催化剂经过简单过滤便可回收再用，循环次数超过15次，活性没有降低；催化剂与底物比高于目前文献报道的其它材料负载同类贵金属相应值15-20倍。从加氢反应到催化剂回收使用，完全摆脱了有机溶剂及其带来的环境污染等问题，是一种“纯”绿色的新工艺，这是迄今文献中前所未有的，有可能对硝基苯等催化加氢带来革新。.3. 发现单质铜能够在纯水相中和空气存在下催化卤代芳烃与甲胺水溶液、氨水、乙二胺等Ullmann氨化反应，效果显著，为有关芳香胺的合成提供了一个简便高效的方法。.4. 实现了固载多层离子液体负载钯配合物催化剂在纯水体系中的Suzuki交叉偶联反应，Heck反应。.5. 利用固载多层离子液体直接作为催化剂，建立了在纯水相中催化卤代烃与多种亲核试剂、反应合成硫醚、二硫醚、黄原酸酯、烷芳混合醚以及醇氧化和醇、酚磺酰化等绿色高效方法。.6. 研究了合成稻丰散、大蒜素的关键工艺，实现了稻丰散、大蒜素的绿色高效合成，通过简单搅拌，产品收率可以达到接近定量，催化剂可以通过简单过滤回收，具有重要应用前景。.7. 为设计一类多环芳烃即纳米石墨烯结合离子液体的载体平台，我们首先设计合成了三个系列的纳米石墨烯，合成路线非常简洁高效，仅2步。研究了它们的结构与部分物理化学性质，首次得到了它们的晶体结构，为进一步设计合成纳米石墨烯键合离子液体新型催化剂奠定了基础。鉴于纳米石墨烯在光电材料、超分子组装等方面的巨大潜力，它们为进一步设计合成新型有机光电材料和超分子提供了新的机会。部分内容已在JACS作为Article发表。