形貌可控的磁性纳米粒子负载催化剂的制备及催化的有机合成反应

本项目拟研究形貌可控且具有磁性的纳米粒子负载催化剂的制备及其在有机合成中的应用。采用正硅酸乙酯水解在磁性纳米粒子表面包覆硅胶，再通过键合反应对硅胶表面进行接枝修饰，引入特征官能团，从而制备磁性纳米粒子负载的过渡金属催化剂和手性有机小分子催化剂，并用TEM、SEM、XRD和元素分析等测试手段对其结构进行表征。用所制备的催化剂催化碳-碳键和碳-杂键的生成反应，不对称有机合成反应以及应用于天然产物合成中的关键步骤等；研究催化剂的制备方法，探索有机合成反应的最佳条件，底物应用范围和反应机理，实现催化剂的循环使用。

本研究项目以可控形貌且具有磁性的纳米粒子为载体，其载体外表面包围硅胶的活性基团与含活性官能团的试剂能通过键合反应接枝修饰使其功能化，从而制备系列含过渡金属配合物的催化剂和有机小分子催化剂并表征其结构；以制备的催化剂催化碳-碳键和碳-杂键生成反应, 不对称有机合成反应和在天然产物合成关键步骤中的应用等；研究有机合成反应的最佳条件，底物应用范围和反应机理；实现催化剂的循环使用。. 按照项目任务书，我们成功地合成了20余种磁性纳米粒子负载的过渡金属（钯，铜，镍等）催化剂和有机小分子催化剂，并经元素分析、XRD、TEM、XPS等进行结构表征。重点考察了制备的催化剂在碳-碳键、碳-氧键、碳-氮键生成反应、不对称合成反应等；并探索磁性纳米粒子负载催化剂可回收循环使用。发现了10余种具有活性高、反应效果好、污染小、可循环使用多次且保持活性的磁性纳米粒子负载催化剂。. 设计并制备了一种高效、对空气和水稳定的、且易于回收使用的磁性纳米离子负载的钯催化剂，并使用制备的磁性钯催化剂实现在温和反应条件下高效催化Suzuki, Sonogashira 和 Heck 反应，反应收率高，底物广谱性好。磁性钯催化剂可循环使用8次不降低催化活性。发表于Adv. Synth. Catal. 2012, 354, 1307–1318论文被SCI论文引用71次；磁性纳米粒子负载钯催化剂用于有机硼酸和炔溴的 Suzuki 偶联反应成果，发表于Synthesis 2011, 2975–2983论文被 SYNFACTS (2011, 7, 0805) Highlighted并被SCI论文引用19次。. 项目共发表标有该基金资助的SCI收录论文62篇，项目组成员在基金资助期间，共参加17次国内外学术会议，会议交流论文30篇；在国内外学术会议上做分组邀请报告11次，口头报告5次；获国家发明授权专利2项，有12名硕士研究生完成学业获得硕士学位。目前还有博士后和硕士生共10名在本组工作或学习。围绕该课题及相关研究获安徽省科学技术（自然）一等奖 (2013) 和教育部自然科学二等奖 (2013) 。