以手性联萘酚骨架为模板合成新型硅基介孔材料的研究

来源 :复旦大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jia343212539
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独特的介孔材料,例如M41S、SBA系列的出现,为材料领域的发展开辟了新纪元。作为一种新型功能材料,介孔材料具有有序孔道结构、可调孔径以及较大比表面积等特点,在大分子的吸附、分离、催化,等领域都有着广泛的应用前景。其中,手性和螺旋介孔材料,由于其在手性吸附、手性分离、手性催化等特殊领域潜在的应用价值,更是引起了人们的极大关注。  本论文利用自制的一系列具有手性结构的联萘酚阳离子衍生物(外消旋、左旋和右旋)为有机模板剂,采用水热合成法,研究了不同模板剂结构、物料组成、水解温度、晶化温度、晶化时间、氨水浓度等条件对介孔材料形成的影响,最终合成出了稳定性较好,对联萘酚具有选择性手性吸附作用,并可循环使用的新型硅基介孔材料。  主要研究成果和结论如下:  (1)以右旋、左旋和外消旋联萘酚为原料,经溴代、羟基保护、C-N偶合、季铵化和离子交换等五步反应,最终获得具有相应手性结构的2,2’-二正丁烷氧基-1,1’-联萘-6,6’-二(N-甲基环五甲亚铵)氢氧化物、2,2’-二正十六烷氧基-1,1’-联萘-6,6’-二(N-甲基环五甲亚铵)氢氧化物和2,2’-二(10-(1-萘酚))癸烷氧基-1,1’-联萘-6,6’-二(N,N-二乙基甲铵)氢氧化物模板剂。对于难度较大的C-N偶合反应,探索了几类催化剂的催化效果,最终确定(IPr)Pd(acac)Cl作为该C-N偶联反应的催化剂,C-N偶联反应的产品得率到70%。  (2)以右旋、左旋和外消旋-2,2’-二正丁烷氧基-1,1’-联萘-6,6’-二(N-甲基环五甲亚铵)氢氧化物为模板剂,合成500℃焙烧2小时后稳定的介孔硅基材料的较好条件分别为,右旋模板剂合成时:正硅酸乙酯:氨:H2O:R-SDA1=1:19.58:(904.82~1058.31):(0.0336~0.1288),氨水浓度为2%,水解温度为0℃;左旋模板剂合成时:正硅酸乙酯:氨:H2O:S-SDA1=1:78.35:(914.45~1099.08):(0.0329~0.1283),氨水浓度为8%,水解温度为0℃;外消旋模板剂合成时:正硅酸乙酯:氨:H2O:(±)-SDA1=1:78.35:1015.30:0.1930,氨水浓度为8%,水解温度为10℃。其水解时间都是是1小时,晶化温度都为100℃,晶化时间都为是24小时。由左旋和右旋模板剂合成的介孔材料,其结构包括层状结构、蠕虫状结构和蠕虫状与层状的共存结构;外消旋模板剂合成的材料其结构包括不稳定的层状和稳定的蠕虫状两种。所得材料的形貌是小球或者珊瑚状相互连接的小突起。氮气吸附数据表明,所得介孔材料具有较高比表面积:865~1211 m2/g;较大孔径:2.5~3.3 nm。手性吸附实验表明,右旋模板剂合成出的介孔材料,可优先吸附外消旋联萘酚乙醇溶液(0.01 mg/ml)中的左旋联萘酚,吸附后的溶液中右旋联萘酚的对映体超量(ee%)由0增加到2.46%;左旋模板剂合成出的介孔材料,可优先吸附外消旋联萘酚乙醇溶液(0.01 mg/ml)中的右旋联萘酚,吸附溶液的右旋联萘酚对映体超量(ee%)由0转变为-1.32%。其吸附后的介孔材料经过洗涤焙烧后仍能保持良好的手性选择吸附性,说明该材料结构稳定,具有重复循环利用的优点。  (3)以右旋和左旋2,2’-二正十六烷氧基-1,1’-联萘-6,6’-二(N-甲基环五甲亚铵)氢氧化物为模板剂,合成出了500℃焙烧2小时后能够稳定的有序介孔硅基材料。合成的较好条件分别为,右旋模板剂合成时:正硅酸乙酯:氨:水:R-SDA2在1:78.35:(900.08~1040.16):(0.0168~0.0645)左右;左旋模板剂合成时:正硅酸乙酯:氨:水:S-SDA2在1:78.35:(896.31~1011.37):(0.0182~0.0640)左右。氨水浓度都为8%,水解温度都为0℃,水解时间都是1小时,晶化温度都为100℃,晶化时间都是24小时。以R-SDA2和S-SDA2为模板剂所得材料主要是蠕虫状和层状共存的介孔结构。以(±)SDA2为模板剂主要获得的是层状介孔材料,该结构不稳定,在500℃焙烧2小时下塌陷。由SDA2系列所得介孔材料其形貌都是卷曲的片状。  (4)以外消旋2,2’-二(10-(1-萘酚))癸烷氧基-1,1’-联萘-6,6’-二(二乙甲铵)氢氧化物为模板剂,在正硅酸乙酯:氨:H2O:(±)-SDA3=1:78.35:(926.82~961.29):(0.022~0.032)左右,氨水浓度为8%,水解温度为0℃,水解时间为1小时,晶化温度为100℃,晶化时间是24小时的合成条件下,可获得500℃焙烧2小时后稳定的介孔材料。其形貌也主要是弯曲和折叠的片状。  (5)SDA1系列,SDA2系列和SDA3系列季铵碱分别作为模板剂都能得到介孔硅基材料。SDA1在2θ=2.6左右出现衍射峰,SDA2在2θ=1.87左右出现衍射峰。SDA2系列模板剂与SDA1系列模板剂相比,其碳链长度较长,所得介孔硅基材料的孔径较大。从形貌来看,SDA1系列所得材料是小球或者类似的小球,而SDA2系列所得材料是均匀弯曲折叠的片状。由SDA1系列、SDA2系列模板剂合成的介孔材料的共同点是:由外消旋模板剂所合成的样品,其结构为不稳定的层状或者稳定的蠕虫状,未发现有蠕虫状与层状的共存结构;由左旋和右旋模板剂合成的介孔材料,除了有层状、蠕虫状结构外,还有层状与蠕虫状的共存结构。SDA1系列与SDA2系列所合成介孔材料的异同点与模板剂分子大小、模板剂手性结构有很大关系。
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