基于杂多酸的离子型高分子催化剂的构建及其烯烃环氧化催化性能

The development of environmental highly efficient catalytic materials is one of the most effective ways to realize the green fine organic chemical processes. The existing catalytic processes for epoxidation of alkenes always suffer from high energy consumption，serious pollution，and the difficulty of catalyst isolation and reuse. Based on our previous study progress on organic-heteropolyacid (HPA) salt catalysts, this project propose the design and synthesis task-specific functionalized ionic liquid (IL) polymers, followed with the anion exchange of HPA to provide the new HPA-based ionic polymer catalysts, and investigate their catalytic behaviors in epoxidation of alkenes. The main study contents of this project are the creative design and preparation technology of catalysts, together with their catalytic performances. Combining the analytical characterization results to deeply understand the key scientific problems, including structure-activity relationship of catalysts and the influence law of the organic functional groups on the catalytic behaviors etc, objective to achieve green catalytic processes for epoxidation of alkenes with mild reaction conditions, high catalytic activity and steady reusability of catalysts, and at the same time, to provide new approach with academic and application value for the development of more heterogeneous catalysts in the clean production of fine organic chemicals.

环境友好的高效新催化材料的开发是实现绿色精细有机化工过程的最有效途径之一。现有的烯烃环氧化催化过程存在能耗高、工艺过程污染严重、催化剂难以循环使用等问题。立足于本项目前期在有机杂多酸盐催化剂研究中获得的研究进展，提出设计合成功能性离子液体高分子，再与杂多酸结合，制备全新的基于杂多酸的离子型高分子催化剂，研究其烯烃环氧化催化性能。重点研究催化剂的创新设计、制备工艺，以及催化性能，结合分析表征实验，深入认识这类催化剂的构效关系、有机功能性基团对催化剂性能的影响规律等关键科学问题，揭示催化循环历程，实现以反应条件温和、催化剂活性高且重复使用稳定性能优良为特征的烯烃环氧化催化过程，为更多非均相催化材料的开发及其引导的精细化学品的清洁生产提供有学术和应用价值的新途径。

环境友好的高效新催化材料的开发是实现绿色精细有机化工过程的最有效途径之一。杂多酸和离子液体作为两类重要的催化剂，存在回收和重复使用困难以及催化活性低等问题。本项目将功能性不饱和离子液体单体聚合成离子型高分子，再与杂多酸阴离子交换，制备出一系列全新的基于杂多酸的离子型高分子催化剂，在烯烃的环氧化反应，苯的羟基化反应和醇的氧化反应中均获得了良好的催化性能，实现了杂多酸和离子液体的非均相化；通过在离子液体阳离子中引入亲水和亲油的功能性基团，本项目还制备了具有双亲性能的离子型高分子催化剂，实现该类催化剂在液-液两相体系中的烯烃环氧化催化应用；进一步在聚合离子液体阳离子中引入磁性Fe3O4粒子，所获得的磁性固体催化剂在粘度较大的油酸甲酯和柠檬烯等环氧化体系中表现出较高的催化活性，且催化剂通过外置磁铁可简单分离和重复使用；除了对上述催化体系的创新设计，制备工艺，催化性能，构效关系，循环历程等进行了系统研究外，本项目还大胆尝试了制备聚倍半硅氧烷（POSS）诱导的具有介孔结构的基于杂多酸的离子型高分子催化剂，初步获得了良好的研究进展。.本项目的研究为更多非均相催化材料的开发及其引导的精细化学品的清洁生产提供了有学术和应用价值的新途径。研究内容均按计划开展，进展顺利，达到了计划书的要求以及各项指标，其中发表SCI论文10篇，申请专利4项。