CN103934029B - 聚苯胺衍生物负载salen催化剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种聚苯胺衍生物负载salen催化剂及其制备方法和应用,该催化剂是通过聚苯胺衍生物被偶联剂改性后与salenMX催化系轴向配位负载得到的,将该催化剂应用于二氧化碳共聚反应,反应方法简单,成本低,催化效率高,产物选择性好,产物的玻璃化转变温度较高且具有较好的耐温性能,催化剂可循环使用3次。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型高分子负载型催化剂的制备方法及应用,属于高分子及材料合成领域。
背景技术
CO2是污染环境的废气,但又是宝贵的碳源,它廉价易得在地球的储量比煤、石油和天然气的总和还多。开发一种高效的催化剂将CO2转化为一种经济环保的材料一直以来都是相关科技工作者的目标。利用CO2与环氧化合物反应合成脂肪族聚碳酸酯因方法简单、成本低、原料来源广,同时产物具有生物降解性能等优点,一直以来被认为是CO2制备高分子化合物的低污染、环境友好的途径。这越来越受到人们的重视,在不久的将来有望取代聚苯乙烯作为重要的化工原料。
在过去的50年该反应已经成功的实现了工业化,但因聚合反应难以控制反应选择性,产物存在玻璃化转变温度较低,耐温性差等问题限制了大规模的应用。近10年来越来越多的科技工作者开始着重于优化反应条件开发高效的均相非均相催化剂,同时希望通过对催化剂体系的改进可以选择性的控制反应改变产物的物理化学性能以期望得到目的产物。
salen配合物是近几年发展起来的一种新型高效催化剂。这种化合物合成简单、结构易于控制,且手性中心处于二亚胺骨架部分,与苯环中取代基可形成空间效应和电子效应,这对不对称诱导起决定作用。该化合物在非官能团化烯烃的不对称环氧化,外消旋化合物的氧化动力学拆分,硫醚的不对称氧化,Diells-Alder等反应中显示出了非常好的诱导效果。因此自合成以来就引起了人们的兴趣。目前均相手性salen的研究已相对比较成熟,但存在与产物和反应物难以分离,且容易生成以氧桥连的二聚体μ-oxo-Mn(Ⅵ)等问题,导致催化剂失活,距实现进一步的工业化还有很大差距,因此人们试图将手性salen化合物负载于各种载体上实现非均相化是近几年的研究热点。目前对于salen催化剂的负载化研究主要集中在三个方面:有机载体负载,无机载体负载,有机无机复合载体负载,其中研究较多的主要为无机载体以及有机无机复合载体,有机载体因其特殊的结构可以很好的控制催化剂的柔韧性进而调控反应选择性,但反应催化效率较低,以及循环使用次数不理想,因而有待新的突破。
发明内容
本发明目的是提供一种聚苯胺衍生物高分子负载型salen催化剂,该催化剂的结构式如式Ⅰ所示:
该催化剂中M为钴(Co)、铬(Cr)中的一种,B为含有亚氨基的偶联剂如3-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-β-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-二乙烯三氨丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷等偶联剂的一种,C为含羟基的聚苯胺衍生物。该负载型催化剂可以用于二氧化碳与环氧化物的共聚反应、非官能团化烯烃的不对称环氧化、外消旋化合物的水解动力学拆分、以及烯烃的不对称环丙烷化等反应中。
本发明的另一目的是提供聚苯胺衍生物负载salen催化剂的制备方法,具体制备方法如下:
(1)含羟基聚苯胺衍生物的合成
用水做溶剂在烧杯中分别配置100mlA液与B液,其中A液中包含6~10mol/L的酸和2~5mol/L的过硫酸铵;B液中包含0.3~3mol/L的苯胺、0.1~2mol/L的邻氨基苯酚、6~10mol/L的酸;在磁力搅拌作用下分别使A液与B液搅拌均匀,将A液慢慢加入B液中在室温下搅拌6~8小时,抽滤,然后用0.01~0.05mol/L的HCl溶液和蒸馏水交替洗涤至无色,将产物在60-95℃的下真空干燥10小时,即得到含有羟基的聚苯胺衍生物;
(2)含羟基的聚苯胺衍生物的改性
取步骤(1)中合成的含有羟基的聚苯胺衍生物与偶联剂按摩尔比为1.5~3:1的比例,在100ml甲苯中搅拌回流12h,待溶液冷至室温,过滤固体用乙醚洗涤,于50℃~90℃下真空干燥箱干燥,得到用偶联剂改性的带羟基聚苯胺衍生物;
(3)SalenH2配体的制备
按二胺类化合物与水杨醛或其衍生物的摩尔比为1:0.5~1:2,水杨醛或其衍生物与甲酸的摩尔比得0.5:1~1:1的比例,将三个试剂溶解在极性溶剂中至刚好完全溶解,搅拌,回流1~24h后所得到的黄色固体经过离心、抽滤分离用乙醇洗涤至滤液澄清即得到如式Ⅱ所示的SalenH2配体,
(4)SalenMX催化剂的制备
将SalenH2配体与KH按摩尔比1:1.5~1:2.7的比例溶于四氢呋喃中,搅拌12~24小时得到清澈的黄色溶液,用真空抽滤除去未反应的KH,将所得的滤液加入到含有CrCl3或者Co(CH3COO)2·4H2O的四氢呋喃中,其中SalenH2配体与CrCl3或者Co(CH3COO)2·4H2O的摩尔比为1:1.1~1:1.7,室温下搅拌12~24小时,抽真空除去溶剂后溶于二氯甲烷中,再过滤除去氯化钾,将所得滤液真空干燥即可得到SalenCrCl3或者SalenCo(CH3COO)2;
(5)SalenMX催化剂的负载化
将步骤(2)中用偶联剂改性的带羟基聚苯胺衍生物与步骤(4)合成的SalenMX催化剂按摩尔比1:1~1:3的比例混合在甲苯溶液中,室温下搅拌12~24h抽滤得到的固体用二氯甲烷洗涤多次至洗涤液无色;将固体置于30℃~50℃下真空干燥,即得到聚苯胺衍生物负载型salen催化剂。
本发明步骤(1)中酸溶液为盐酸、硫酸、硝酸、甲酸、乙酸中的一种。
本发明中偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-β-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-二乙烯三氨丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷中的一种。
本发明步骤(3)中的二胺类化合物为乙二胺、环己二胺、邻苯二胺、联萘二胺中的一种。
本发明中水杨醛衍生物为3,5-二叔丁基水杨醛、3-叔丁基-5-甲氧基水杨醛、3-叔丁基-5-硝基水杨醛的一种。
本发明中极性溶剂为甲醇、乙醇、乙腈的一种。
本发明的另一目的是将聚苯胺衍生物负载salen催化剂应用在二氧化碳与环氧化合物共聚反应中,具体操作步骤如下:
将环氧环己烷或环氧丙烷、聚苯胺衍生物负载salen催化剂、助催化剂加入高压反应釜中,在真空度为0.07MPa下保持1分钟后,充入二氧化碳至压力为2~8MPa,反应温度控制在50~100℃,反应8~15小时得到共聚产物聚碳酸酯,其中环氧环己烷或环氧丙烷、聚苯胺衍生物负载salen催化剂、助催化剂的摩尔比为1000:0.5~5:0.5~1。
本发明中助催化剂为双-(三苯基正膦基)氯化铵。
本发明的有益效果为用带羟基的聚苯胺作为载体合成方法简单,成本低,原料来源广,同时该负载型的催化剂催化效率较高,该催化剂在产物选择性、区域选择性、光学选择性方面均表现出了较好的催化效果,其中在用于二氧化碳共聚时聚碳酸酯链段达93%以上,头尾链接单元含量为93%,共聚产物为高度全同立构的聚合物R构型的对应值大于95.3%;催化剂通过简单的回收最多可循环使用3次,产率为53.17g/g负载型催化剂。
具体实施方式
以下将通过实施例对本发明做进一步的详细说明,但本发明保护的范围不限于所述的内容。
实施例1:本聚苯胺衍生物负载salen催化剂结构式如式Ⅰ所示:
Ⅰ
该催化剂中M为铬(Cr),A为salen催化剂,B为3-氨丙基三乙氧基硅烷,C为含羟基的聚苯胺衍生物。
本实施例聚苯胺衍生物负载salen催化剂的制备方法如下:
(1)含羟基聚苯胺衍生物的合成
用水做溶剂在配置在烧杯中分别配置100mlA液与B液,其中A液中包含6mol/L的盐酸和3.36mol/L的过硫酸铵;B液中包含2.4mol/L的苯胺、0.168mol/L的邻氨基苯酚、6mol/L的盐酸;在磁力搅拌作用下分别使A液与B液搅拌均匀,将A液慢慢加入B液中在26℃的温度下搅拌6小时,抽滤用0.02mol/L的HCl溶液和蒸馏水交替洗涤至无色,将产物在70℃下真空干燥10小时,即得到含有羟基的聚苯胺衍生物,收率达85%。
(2)含羟基的聚苯胺衍生物的改性
取步骤(1)合成的含有羟基的聚苯胺衍生物与偶联剂3-氨丙基三乙氧基硅烷按摩尔比为3:1的比例,在100ml甲苯中搅拌回流12h,待溶液冷至室温,过滤固体用乙醚洗涤直滤液为无色,将过滤所得固体于60℃的条件下真空干燥,得到用偶联剂改性的带羟基聚苯胺衍生物,产物收率79%。
(3)SalenH2配体的制备
向反应器中加入(R,R)-1,2-环己二胺、3,5-二叔丁基水杨醛以及甲酸,三者摩尔比为1:0.5:1,再加入乙醇溶液使三种物质刚好完全溶解,搅拌,在80℃回流5小时后停止反应,所得到的黄色固体经过离心、抽滤分离后乙醇洗涤至滤液澄清即得到如式Ⅱ所示的SalenH2配体,收率80%,
。
(4)SalenMX催化剂的制备
将SalenH2配体与KH按摩尔比为1:2溶于四氢呋喃中,搅拌12小时得到清澈的黄色溶液,用真空抽滤除去未反应的KH,将所得的滤液加入到含有CrCl3的四氢呋喃中,其中SalenH2配体与CrCl3的摩尔比为1:1.1,室温下搅拌12小时,抽真空除去溶剂后溶于二氯甲烷中,再过滤除去氯化钾,将所得滤液真空干燥即可得到SalenCrCl3,产物收率78%。
(5)SalenMX催化剂的负载化
将步骤(2)中用偶联剂改性的带羟基聚苯胺衍生物与步骤(4)合成的SalenCrCl3按摩尔比为1:1混合在甲苯溶液中,室温下搅拌12h抽滤得到的固体用二氯甲烷洗涤多次至洗涤液无色,将固体于真空干燥箱30℃真空干燥,即得到聚苯胺衍生物负载型salen催化剂。
(6)将环氧环己烷、聚苯胺衍生物负载salen催化剂、助催化剂双-(三苯基正膦基)氯化铵加入高压反应釜中,在真空度为0.07MPa下保持1分钟后,充入二氧化碳至压力为3.5MPa,反应温度控制在70℃,反应10小时得到共聚产物聚碳酸酯,其中环氧环己烷、聚苯胺衍生物负载salen催化剂、助催化剂的摩尔比为1000:1.5:1,反应产率为82.1g聚合物/g负载型催化剂,碳酸酯链含量89.7%。
实施例2:本聚苯胺衍生物负载salen催化剂结构式如式Ⅰ所示:
Ⅰ
该催化剂中M为铬(Cr)中的一种,A为salen催化剂,B为γ-氨丙基三甲氧基硅烷,C为含羟基的聚苯胺衍生物。
本实施例聚苯胺衍生物负载salen催化剂的制备方法如下:
(1)含羟基聚苯胺衍生物的合成
用水做溶剂在配置在烧杯中分别配置100mlA液与B液,其中A液中包含8mol/L的硫酸、3.36mol/L的过硫酸铵;B液中包含1.2mol/L的苯胺、0.336mol/L的邻氨基苯酚与8mol/L的硫酸。在磁力搅拌作用下分别使A液与B液搅拌均匀,将A液慢慢加入B液中在26℃的温度下搅拌6小时,抽滤用0.03mol/L的HCl和蒸馏水交替洗涤至无色,将产物在60℃下真空干燥10小时即可得到含有羟基的聚苯胺衍生物,收率达87%。
(2)含羟基的聚苯胺衍生物的改性
取步骤(1)合成的含有羟基聚苯胺衍生物与偶联剂γ-氨丙基三甲氧基硅烷按摩尔比为1.5:1,在100ml甲苯中搅拌回流12h,待溶液冷至室温,过滤固体用乙醚洗涤直滤液为无色,将过滤所得固体于50℃的条件下真空干燥,得到用偶联剂改性的带羟基聚苯胺衍生物,产物收率81%。
(3)SalenH2配体的制备
向反应器中加入(R,R)-1,2-环己二胺、3,5-二叔丁基水杨醛以及甲酸,三者摩尔比为1:0.5:1,再加入乙醇溶液使三种物质刚好完全溶解,搅拌,在80℃回流回流5小时后所得到的黄色固体经过离心、抽滤分离用乙醇洗涤至滤液澄清即得到如式Ⅱ所示的SalenH2配体,收率81%。
式Ⅱ
(4)SalenMX催化剂的制备
将SalenH2配体与KH按摩尔比为1:2溶于四氢呋喃中,搅拌12小时得到清澈的黄色溶液,用真空抽滤除去未反应的KH,将所得的滤液加入到含有CrCl3的四氢呋喃中,其中SalenH2配体与CrCl3的摩尔比为1:1.1,室温下搅拌12小时,抽真空除去溶剂后溶于二氯甲烷中,再过滤除去氯化钾,将所得滤液真空干燥即可得到SalenCrCl3,产率79%。
(5)SalenMX催化剂的负载化
将步骤(2)中被偶联剂改性的带羟基聚苯胺衍生物与步骤(4)合成的SalenCrCl3按摩尔比为1:2混合在甲苯溶液中室温下搅拌12h抽滤得到的固体用二氯甲烷洗涤多次至洗涤液无色。将固体于真空干燥箱40℃真空干燥,即得到聚苯胺衍生物负载型salen催化剂。
(6)按摩尔比为1000:1:1分别将环氧环己烷、负载型催化剂、助催化剂双-(三苯基正膦基)氯化铵加入高压反应釜,然后高压反应釜抽真空,真空度控制在0.07MPa保持1分钟,充入二氧化碳至压力为3.5MPa,反应温度控制在70℃,反应10小时得到共聚产物聚碳酸酯,反应产率为71.2g聚合物/g负载型催化剂,碳酸酯链含量73.8%。
实施例3:本聚苯胺衍生物负载salen催化剂结构式如式Ⅰ所示:
式Ⅰ
该催化剂中M为钴(Co),A为salen催化剂,B为N-β-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷,C为含羟基的聚苯胺衍生物。
本实施例聚苯胺衍生物负载salen催化剂的制备方法如下:
(1)含羟基聚苯胺衍生物的合成
用水做溶剂在配置在烧杯中分别配置100mlA液与B液,其中A液中包含6mol/L的硝酸和2.525mol/L的过硫酸铵,B液中包含0.8mol/L的苯胺、0.503mol/L的邻氨基苯酚与6mol/L的硝酸,在磁力搅拌作用下分别使A液与B液搅拌均匀,将A液慢慢加入B液中在26℃的温度下搅拌7小时,抽滤用0.01mol/L的HCl和蒸馏水交替洗涤至无色,将产物在60℃下真空干燥10小时即可得到含有羟基的聚苯胺衍生物,收率达89%。
(2)含羟基的聚苯胺衍生物的改性
取步骤(1)合成的含有羟基的聚苯胺衍生物与偶联剂N-β-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷按摩尔比为1.5:1,在100ml甲苯中搅拌回流12h,待溶液冷至室温,过滤固体用乙醚洗涤直滤液为无色,将过滤所得固体于80℃的条件下真空干燥,得到用偶联剂改性的带羟基聚苯胺衍生物,产物收率83%。
(3)SalenH2配体的制备
向反应器中加入乙二胺、3-叔丁基-5-甲氧基水杨醛以及甲酸,乙二胺与3-叔丁基-5-甲氧基水杨醛的摩尔比为1:1,乙二胺与甲酸的摩尔比得1:1,再加入甲醇使三种物质刚好完全溶解,搅拌,在80℃回流8小时后所得到的黄色固体经过离心、抽滤分离用乙醇洗涤至滤液澄清即得到如式Ⅱ所示的SalenH2配体,收率83%,
式
(4)SalenMX催化剂的制备
将SalenH2配体与KH按摩尔比为1:2.3溶于四氢呋喃中,搅拌15小时得到清澈的黄色溶液,用真空抽滤除去未反应的KH,将所得的滤液加入到含有Co(CH3COO)2·4H2O的四氢呋喃中,其中SalenH2配体与Co(CH3COO)2·4H2O的摩尔比为1:1.5,室温下搅拌18小时,抽真空除去溶剂后溶于二氯甲烷中,再过滤除去氯化钾,将所得滤液真空干燥即可得到SalenCo(CH3COO)2,产物收率82%。
(5)SalenMX催化剂的负载化
将步骤(2)中被偶联剂改性的带羟基聚苯胺衍生物与步骤(4)合成的SalenCo(CH3COO)2按摩尔比为1:2混合在甲苯溶液中室温下搅拌20h抽滤,得到的固体用二氯甲烷洗涤多次至洗涤液无色,将固体于真空干燥箱40℃真空干燥,即得到聚苯胺衍生物负载型salen催化剂。
(6)按摩尔比为1000:2:1分别将环氧环己烷、负载型催化剂、助催化剂加入高压反应釜,然后高压反应釜抽真空,真空度控制在0.07MPa保持1分钟,充入二氧化碳至压力为2MPa,反应温度控制在100℃,反应8小时得到共聚产物聚碳酸酯,反应产率为93.1g聚合物/g负载型催化剂,碳酸酯链含量93.3%,其中聚碳酸酯链中共聚产物中R构型对应值达95.3%。
实施例4:本聚苯胺衍生物负载salen催化剂的结构如下式Ⅰ:
式Ⅰ
该催化剂中M为钴(Co),A为salen催化剂,B为γ-二乙烯三氨丙基甲基二甲氧基硅烷,C为含羟基的聚苯胺衍生物。
本实施例聚苯胺衍生物负载salen催化剂的制备方法如下:
(1)含羟基聚苯胺衍生物的合成
用水做溶剂在配置在烧杯中分别配置100mlA液与B液,其中A液中包含10mol/L的甲酸和4.89mol/L的过硫酸铵;B液中包含0.3mol/L的苯胺、1.343mol/L的邻氨基苯酚与10mol/L的甲酸;在磁力搅拌作用下分别使A液与B液搅拌均匀,将A液慢慢加入B液中在26℃的温度下搅拌7小时,抽滤用0.05mol/L的HCl和蒸馏水交替洗涤至无色,将产物在80℃下真空干燥10小时即可得到含有羟基的聚苯胺衍生物,收率达88%。
(2)含羟基的聚苯胺衍生物的改性
取步骤(1)合成的含有羟基的聚苯胺衍生物与偶联剂γ-二乙烯三氨丙基甲基二甲氧基硅烷按摩尔比为2:1的比例,在100ml甲苯中搅拌回流12h,待溶液冷至室温,过滤固体用乙醚洗涤直滤液为无色,将过滤所得固体于90℃的条件下真空干燥,得到用偶联剂改性的带羟基聚苯胺衍生物,产物收率89%。
(3)SalenH2配体的制备
向反应器中加入邻苯二胺、3-叔丁基-5-硝基水杨醛以及甲酸,邻苯二胺与3-叔丁基-5-硝基水杨醛的摩尔比为1:2,3-叔丁基-5-硝基水杨醛与甲酸的摩尔比得0.6:1的比例,将三个试剂溶解在乙腈中至刚好完全溶解,搅拌,在70℃回流8小时后所得到的黄色固体经过离心、抽滤分离用乙醇洗涤至滤液澄清即得到如式Ⅱ所示的SalenH2配体,收率85%。
式Ⅱ
(4)SalenMX催化剂的制备
将SalenH2配体与KH按摩尔比为1:1.5溶于四氢呋喃中,搅拌24小时得到清澈的黄色溶液,用真空抽滤除去未反应的KH,将所得的滤液加入到含有Co(CH3COO)2·4H2O的四氢呋喃中,其中SalenH2配体与Co(CH3COO)2·4H2O的摩尔比为1:1.7,室温下搅拌24小时,抽真空除去溶剂后溶于二氯甲烷中,再过滤除去氯化钾,将所得滤液真空干燥即可得到SalenCo(CH3COO)2,产率85%。
(5)SalenMX催化剂的负载化
将步骤(2)中被偶联剂改性的带羟基聚苯胺衍生物与步骤(4)合成的SalenCo(CH3COO)2按摩尔比为1:3混合在甲苯溶液中,室温下搅拌18h抽滤,得到的固体用二氯甲烷洗涤多次至洗涤液无色;将固体于真空干燥箱50℃真空干燥,即得到聚苯胺衍生物负载型salen催化剂。
(6)按摩尔比为1000:3:0.5的比例分别将环氧丙烷、聚苯胺衍生物负载salen催化剂、助催化剂双-(三苯基正膦基)氯化铵加入高压反应釜,然后高压反应釜抽真空,真空度控制在0.07MPa保持1分钟,充入二氧化碳至压力为2.5MPa,反应温度控制在60℃,反应10小时得到共聚产物聚碳酸酯,反应产率为93.5g聚合物/g负载型催化剂,碳酸酯链含量95.1%。
实施例5:本聚苯胺衍生物负载salen催化剂的结构如下式Ⅰ:
式Ⅰ
该催化剂中M为铬(Cr),A为salen催化剂,B为γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷,C为含羟基的聚苯胺衍生物。
本实施例聚苯胺衍生物负载salen催化剂的制备方法如下:
(1)含羟基聚苯胺衍生物的合成
用水做溶剂在配置在烧杯中分别配置100mlA液与B液,其中A液中包含7mol/L的乙酸和4.89mol/L的过硫酸铵;B液中包含0.6mol/L的苯胺、0.731mol/L的邻氨基苯酚与7mol/L的乙酸;在磁力搅拌作用下分别使A液与B液搅拌均匀,将A液慢慢加入B液中在26℃的温度下搅拌8小时,抽滤用0.04mol/L的HCl和蒸馏水交替洗涤至无色,将产物在95℃下真空干燥10小时即可得到含有羟基的聚苯胺衍生物,收率达89%。
(2)含羟基的聚苯胺衍生物的改性
取步骤(1)合成的聚苯胺衍生物与偶联剂γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷按摩尔比为2.5:1,在100ml甲苯中搅拌回流12h,待溶液冷至室温,过滤固体用乙醚洗涤直滤液为无色,将过滤所得固体于70℃的条件下真空干燥,得到用偶联剂改性的带羟基聚苯胺衍生物,产物收率91%。
(3)SalenH2配体的制备
按联萘二胺与水杨醛的摩尔比为1:1.5,水杨醛与甲酸的摩尔比得0.8:1的比例,将三种试剂溶解在乙醇中至刚好完全溶解,搅拌,在65℃回流12小时后所得到的黄色固体经过离心、抽滤分离用乙醇洗涤至滤液澄清即得到如式Ⅱ所示的SalenH2配体,收率89%。
式Ⅱ
(4)SalenMX催化剂的制备
将SalenH2配体与KH按摩尔比为1:2.7的比例溶于四氢呋喃中,搅拌20小时得到清澈的黄色溶液,用真空抽滤除去未反应的KH,将所得的滤液加入到含有CrCl3的四氢呋喃中,其中SalenH2配体与CrCl3的摩尔比为1:1.6,室温下搅拌20小时,抽真空除去溶剂后溶于二氯甲烷中,再过滤除去氯化钾,将所得滤液真空干燥即可得到SalenCrCl3,产率77%。
(5)SalenMX催化剂的负载化
将步骤(2)中用偶联剂改性的带羟基聚苯胺衍生物与步骤(4)合成的SalenCrCl3按摩尔比为1:2.5混合在甲苯溶液中,室温下搅拌24h抽滤,得到的固体用二氯甲烷洗涤多次至洗涤液无色,将固体于真空干燥箱45℃真空干燥,即得到聚苯胺衍生物负载型salen催化剂。
(6)按摩尔比为1000:5:1的比例分别将环氧丙烷、聚苯胺衍生物负载salen催化剂、助催化剂双-(三苯基正膦基)氯化铵加入高压反应釜,然后高压反应釜抽真空,真空度控制在0.07MPa保持1分钟,充入二氧化碳至压力为5MPa,反应温度控制在70℃,反应10小时得到共聚产物聚碳酸酯,反应产率为97.1g聚合物/g负载型催化剂,碳酸酯链含量93.5%。
实施例6:制备聚苯胺衍生物负载型salen催化剂的方法同实施例1,不同之处为步骤(6)中二氧化碳的压力升至7.0MPa,得到的聚碳酸酯的产率为99.3g聚合物/g负载型催化剂,碳酸酯键含量为90.7%。
实施例7:制备聚苯胺衍生物负载型salen催化剂的方法同实施例2,不同之处为步骤(6)中二氧化碳的压力升至8.0MPa,得到的聚碳酸酯的产率为89.9g聚合物/g负载型催化剂,碳酸酯键含量为88.3%。
实施例8:制备聚苯胺衍生物负载型salen催化剂的方法同实施例2,不同之处为将用于二氧化碳与环氧环己烷共聚过的催化剂,经抽滤,二氯甲烷洗涤,50℃下真空干燥7小时后进行回收。然后按摩尔比为1000:3.5:1分别将环氧环己烷、二次利用的负载型催化剂、助催化剂加入高压反应釜,然后高压反应釜抽真空,真空度控制在0.07MPa保持1分钟,充入二氧化碳至压力为3MPa,反应温度控制在80℃,反应8小时得到共聚产物聚碳酸酯,反应产率为69.17聚合物/g负载型催化剂,碳酸酯链含量63.1%,其中聚碳酸酯链中共聚产物中R构型对应值达58.7%。
实施例9:制备聚苯胺衍生物负载型salen催化剂的方法同实施例3,不同之处为将用于二氧化碳与环氧环己烷共聚过的催化剂,经抽滤,二氯甲烷洗涤,50℃下真空干燥7小时后进行回收。然后按摩尔比为1000:3.5:1分别将环氧环己烷、二次利用的负载型催化剂、助催化剂加入高压反应釜,然后高压反应釜抽真空,真空度控制在0.07MPa保持1分钟,充入二氧化碳至压力为5MPa,反应温度控制在80℃,反应8小时得到共聚产物聚碳酸酯,反应产率为73.1聚合物/g负载型催化剂,碳酸酯链含量72.5%,其中聚碳酸酯链中共聚产物中R构型对应值达63.3%。用如上同样的方法回收聚苯胺衍生物负载的催化剂,按摩尔比为1000:5:1分别将环氧环己烷、三次利用的负载型催化剂、助催化剂加入高压反应釜。然后高压反应釜抽真空,真空度控制在0.07MPa保持1分钟,充入二氧化碳至压力为7MPa,反应温度控制在90℃,反应8小时得到共聚产物聚碳酸酯,反应产率为53.17聚合物/g负载型催化剂,碳酸酯链含量60.9%,其中聚碳酸酯链中共聚产物中R构型对应值达51.3%。
Claims (9)
1.一种聚苯胺衍生物负载salen催化剂,该催化剂的结构式如式Ⅰ所示:
式中:M为钴(Co)、铬(Cr)中的一种,B为3-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-β-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-二乙烯三氨丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷中的一种,C为含羟基的聚苯胺衍生物;
上述聚苯胺衍生物负载salen催化剂的制备方法如下:
(1)含羟基聚苯胺衍生物的合成
用水做溶剂在烧杯中分别配置100mlA液与B液,其中A液中包含6~10mol/L的酸和2~5mol/L的过硫酸铵;B液中包含0.3~3mol/L的苯胺、0.1~2mol/L的邻氨基苯酚、6~10mol/L的酸;在磁力搅拌作用下分别使A液与B液搅拌均匀,将A液慢慢加入B液中在室温下搅拌6~8小时,抽滤,然后用0.01~0.05mol/L的HCl溶液和蒸馏水交替洗涤至无色,将产物在60-95℃下真空干燥10小时,即得到含有羟基的聚苯胺衍生物;
(2)含羟基的聚苯胺衍生物的改性
取步骤(1)中合成的含有羟基的聚苯胺衍生物与偶联剂按摩尔比为1.5~3:1的比例,在100ml甲苯中搅拌回流12h,待溶液冷至室温,过滤固体用乙醚洗涤,于50℃~90℃下真空干燥,得到用偶联剂改性的带羟基聚苯胺衍生物;
(3)SalenH2配体的制备
按二胺类化合物与水杨醛或其衍生物的摩尔比为1:0.5~1:2,水杨醛或其衍生物与甲酸的摩尔比为0.5:1~1:1的比例,将以上三种试剂溶解在极性溶剂中至其刚好完全溶解,搅拌,回流1~24h后所得到的黄色固体经过离心、抽滤分离,用乙醇洗涤至滤液澄清即得到如式Ⅱ所示的SalenH2配体,
;
(4)SalenMX催化剂的制备
将SalenH2配体与偶联剂按摩尔比1:1.5~1:2.7的比例溶于四氢呋喃中,搅拌12~24小时得到清澈的黄色溶液,用真空抽滤除去未反应的偶联剂,将所得的滤液加入到含有CrCl3或者Co(CH3COO)2·4H2O的四氢呋喃中,其中SalenH2配体与CrCl3或者Co(CH3COO)2·4H2O的摩尔比为1:1.1~1:1.7,室温下搅拌12~24小时,抽真空除去溶剂后溶于二氯甲烷中,再过滤除去氯化钾,将所得滤液真空干燥即可得到SalenCrCl3或者SalenCo(CH3COO)2;
(5)SalenMX催化剂的负载化
将步骤(2)中用偶联剂改性的带羟基聚苯胺衍生物与步骤(4)合成的SalenMX催化剂按摩尔比1:1~1:3的比例混合在甲苯溶液中,室温下搅拌12~24h后抽滤,得到的固体用二氯甲烷洗涤多次至洗涤液无色;将固体置于30℃~50℃下真空干燥,即得到聚苯胺衍生物负载型salen催化剂。
2.权利要求1所述聚苯胺衍生物负载salen催化剂的制备方法,其特征在于具体操作步骤如下:
(1)含羟基聚苯胺衍生物的合成
用水做溶剂在烧杯中分别配置100mlA液与B液,其中A液中包含6~10mol/L的酸和2~5mol/L的过硫酸铵;B液中包含0.3~3mol/L的苯胺、0.1~2mol/L的邻氨基苯酚、6~10mol/L的酸;在磁力搅拌作用下分别使A液与B液搅拌均匀,将A液慢慢加入B液中在室温下搅拌6~8小时,抽滤,然后用0.01~0.05mol/L的HCl溶液和蒸馏水交替洗涤至无色,将产物在60-95℃下真空干燥10小时,即得到含有羟基的聚苯胺衍生物;
(2)含羟基的聚苯胺衍生物的改性
取步骤(1)中合成的含有羟基的聚苯胺衍生物与偶联剂按摩尔比为1.5~3:1的比例,在100ml甲苯中搅拌回流12h,待溶液冷至室温,过滤固体用乙醚洗涤,于50℃~90℃下真空干燥,得到用偶联剂改性的带羟基聚苯胺衍生物;
(3)SalenH2配体的制备
按二胺类化合物与水杨醛或其衍生物的摩尔比为1:0.5~1:2,水杨醛或其衍生物与甲酸的摩尔比为0.5:1~1:1的比例,将以上三种试剂溶解在极性溶剂中至其刚好完全溶解,搅拌,回流1~24h后所得到的黄色固体经过离心、抽滤分离,用乙醇洗涤至滤液澄清即得到如式Ⅱ所示的SalenH2配体,
;
(4)SalenMX催化剂的制备
将SalenH2配体与偶联剂按摩尔比1:1.5~1:2.7的比例溶于四氢呋喃中,搅拌12~24小时得到清澈的黄色溶液,用真空抽滤除去未反应的偶联剂,将所得的滤液加入到含有CrCl3或者Co(CH3COO)2·4H2O的四氢呋喃中,其中SalenH2配体与CrCl3或者Co(CH3COO)2·4H2O的摩尔比为1:1.1~1:1.7,室温下搅拌12~24小时,抽真空除去溶剂后溶于二氯甲烷中,再过滤除去氯化钾,将所得滤液真空干燥即可得到SalenCrCl3或者SalenCo(CH3COO)2;
(5)SalenMX催化剂的负载化
将步骤(2)中用偶联剂改性的带羟基聚苯胺衍生物与步骤(4)合成的SalenMX催化剂按摩尔比1:1~1:3的比例混合在甲苯溶液中,室温下搅拌12~24h后抽滤,得到的固体用二氯甲烷洗涤多次至洗涤液无色;将固体置于30℃~50℃下真空干燥,即得到聚苯胺衍生物负载型salen催化剂。
3.根据权利要求2所述聚苯胺衍生物负载salen催化剂的制备方法,其特征在于:步骤(1)中酸为硫酸、盐酸、硝酸、甲酸、乙酸溶液中的一种。
4.根据权利要求2或3所述聚苯胺衍生物负载salen催化剂的制备方法,其特征在于:偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-β-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-二乙烯三氨丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷的的一种。
5.根据权利要求2或3所述聚苯胺衍生物负载salen催化剂的制备方法,其特征在于:步骤(3)中的二胺类化合物为乙二胺、环己二胺、邻苯二胺、联萘二胺中的一种。
6.根据权利要求2或3所述聚苯胺衍生物负载salen催化剂的制备方法,其特征在于:水杨醛衍生物为3,5-二叔丁基水杨醛、3-叔丁基-5-甲氧基水杨醛、3-叔丁基-5-硝基水杨醛中的一种。
7.根据权利要求2或3所述聚苯胺衍生物负载salen催化剂的制备方法,其特征在于:极性溶剂为甲醇、乙醇、乙腈中的一种。
8.权利要求1所述的聚苯胺衍生物负载salen催化剂在二氧化碳与环氧化合物共聚反应中的应用,其特征在于具体操作步骤如下:将环氧环己烷或环氧丙烷、聚苯胺衍生物负载salen催化剂、助催化剂加入高压反应釜中,在真空度为0.07MPa下保持1分钟后,充入二氧化碳至压力为2~8MPa,反应温度控制在50~100℃,反应8~15小时得到共聚产物聚碳酸酯,其中环氧环己烷或环氧丙烷、聚苯胺衍生物负载salen催化剂、助催化剂的摩尔比为1000:0.5~5:0.5~1。
9.根据权利要求8所述应用,其特征在于:助催化剂为双-(三苯基正膦基)氯化铵。
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