TMS修饰的磁性钯催化Suzuki偶联反应研究开题报告

偶联剂是一种重要的、在各方面都有广泛应用的处理剂。其分子结构拥有的最大特点是分子中含有2个化学性质不同的基团，其中1个是亲无机物的基团，容易在无机物的表面发生化学反应；另1个则是亲有机物的基团，能和合成树脂或和其他聚合物发生化学反应或溶在其中生成氢键。因此偶联剂又被称作“分子桥”，用来改善无机物与有机物之间的各种界面作用，如物理性能、电性能、热性能和光性能等。^[1]其中应用范围最为广泛的就是硅烷偶联剂。

硅烷偶联剂最早是于20世纪40年代由美国联合碳化合物公司和道康宁公司首先开发的，最开始只是把它作为玻璃纤维的表面处理剂，用在玻璃纤维增强塑料中。^[2]随后，由于硅烷偶联剂是一种拥有特殊结构的有机硅化合物。在它的分子中，能够同时拥有与无机材料(如玻璃、水泥、金属等)结合的反应性基团和与有机材料(如合成树脂等)结合的反应性基团。所以通过运用硅烷偶联剂可让两种性能差异很大的材料界面偶联起来，从而改善复合材料的性能和增加粘接强度，以此获得性能优异、可靠的新型复合材料。^[3]其相继又在橡胶、塑料、填充复合材料、环氧封装材料、弹性体、涂料、粘合剂和密封剂等方面获得了广泛地应用。使用硅烷偶联剂可以在很大程度上改进上述材料的机械性能、电气性能、耐水性、难燃性、耐候性、粘接性、分散性、成型性以及工艺操作性等等。事实上，硅烷偶联剂已成为材料工业必不可少的助剂之一。

本实验应用三甲基氯硅烷作为偶联剂来修饰磁性纳米把催化剂。三甲基氯硅烷又叫做氯代三甲基硅烷，是一种简单易得的硅试剂。它不仅可以用作生产有机硅聚合物和有机合成反应的中间体，还可以用作高分子化合物封头剂、脱水剂、高温胶粘剂、干燥剂及树脂的原料。^[4]随着这几年头孢类药物的发展，使其应用的范围越来越广泛，需求量也越来越大，每年要大量进口以满足市场的需求。^[5]所以在医药生产中常用于头孢素菌I、头孢素菌V的合成。在许多有机反应中三甲基氯硅烷作为反应活化剂，从而使反应变得快速、简单、易进行，并且反应能够得到令人满意的收率。

三甲基氯硅烷主要由三甲基硅醚转化而得，经典合成方法有以下几种：（1）SOCl₂法：将三甲基硅醚与SOCl₂反应，虽然会生成副产物SO₂，但是SOCl₂用量很大，仍然不便用于工业采用。^[6]（2）H₂SO₄和氯化按法：该反应会生成氯化氢与三甲基硅醚而两者相反应生成的水被浓硫酸吸收，此方法的三废量大，也难应用于生产。（3）PCl₅法：反应的副产物只有POCl₃，可以较好地满足工业生产。^[7]（4）氯化氢法：六甲基硅醚与浓硫酸作用生成硫酸硅酯，然后用戊烷萃取得到(Me₃Si)₂SO₄，(Me₃Si)₂SO₄在庚烷中用干燥的HCl处理，得到三甲基氯硅烷，这个方法存在生产步骤多、收率低、三废不易处理、工艺路线长等缺点，且生成的硫酸酯是固体，会使包裹的六甲基硅醚不能完全转化。^[8]（5）其它方法：用酰氯及某些共价氯化物，如SO₂Cl₂、PCl₃、AlCl₃、 BCl₃、TiCl₄等裂解六甲基硅醚的硅氧烷键能够生成含Si-Cl键的化合物。

1979年，Suzuki和Miyaura等人首次利用钯催化将有机硼与卤代芳烃进行交叉偶联反应，并将其命名为Suzuki偶联反应。它是形成碳碳键的最成功的反应之一，也是合成联芳烃类化合物有效的方法之一^[9]。这种合成方法和传统的格氏试剂合成芳基C-C偶联反应相比，具有原料无毒且稳定易得，反应过程对环境友好，反应可以在水相中进行，收率高，产品纯度，而且高羧基、氰基、氟等官能团对反应无影响等优点从而广受青睐，已经成为合成联苯芳烃最有效的方法之一。^[10]所以广泛应用于医药中间体、有机功能材料、天然与合成产物、工程材料等领域。^[11]

Suzuki偶联反应的催化循环过程通常认为先是Pd(0)与卤代芳烃发生氧化加成反应生成Pd(II)的络合物I,然后发生金属转移反应生成Pd(II)的络合物II,最后进行还原消除而生成产物和Pd(0)。^[12]

^{最近，磁性纳米粒子负载钯催化Suzuki反应的研究也受到了相当大的关注。[13]传统钯的均相催化剂拥有分散性好、选择性好、催化活性较高等优点，但是也存在着催化剂难以分离、污染产物等问题。[14]为了解决以上这些问题，人们将目光转向了非均相催化剂。[15]非均相催化剂的载体主要有高分子材料、金属氧化物、硅铝磷酸盐分子筛、多孔碳材料、磁性纳米粒子、二氧化硅等无机载体。[16]}

1、 在预设合成路线的基础上，选择具体合成条件，合成出1种磁性纳米粒子负载钯催化剂。通过实验培养动手能力、独立思考问题解决问题的能力和初步的科研素养。预设的合成路线如下（具体实施时根据实际情况可更改路线）：

2、对所制备的催化剂进行表征（红外、热重等）。

3、将催化剂的应用于Suzuki或者Heck反应，探索其催化活性及重复使用性能。

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