金属配合物对二氧化碳转化为聚碳酸酯的催化作用研究

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二氧化碳是主要的温室气体,也是最丰富的ci资源。利用二氧化碳与环氧化物共聚生成可生物降解的聚碳酸酯是目前研究的热点之一。就目前的研究情况而言,二氧化碳与环氧化物共聚反应存在的主要问题是催化效率低、催化剂成本高、反应条件苛刻、共聚物产率较低以及催化剂分离复杂等。近年来应用于二氧化碳(CO2)与环氧化物共聚反应的催化体系主要包括SalenMX催化体系、卟啉类催化体系、稀土类催化体系等。其中SalenMX催化体系制备方法简单、配体以及配合物结构利于修饰、产物选择性高、碳酸酯链节含量高、反应条件相对温和。因此,本文主要设计合成了8种有效的Salen型催化体系。以不同取代基的水杨醛与邻苯二胺反应制备了3种单核的Salen配体骨架;以3,5-二叔丁基水杨醛与3,3’-二氨基联苯应制备了双核的Salen配体骨架,以Co为中心原子,结合不同的轴向阴离子,成功合成了8种配合物SalenCo(ni)Cl(1)、Salen-2tBuCoCH(Ⅲ)Cl(2)、Salen-4tBuCoCO(Ⅲ)Cl(3)、SaIen-4tBuCo(Ⅲ)DNP(4),Salen-4tBuCo(Ⅲ)TFA(5)、SaIen-8tBu[Co(Ⅲ)CL]2(6)、Salen-8tBu[Co(Ⅲ)DNP]2(7)以及Salen-8tBu[Co(Ⅲ)TFA]2(8h同时,对其采用元素分析测试、红外光谱、紫外光谱、核磁共振氢谱等技术进行表征.,对比配体的测试结果,证实了S种不同金属配合物成功合成。合成的8种配合物为催化剂在各自较优条件下催化CO2与P0的共聚反应,对产物采用红外光谱、核磁共振氢谱、核磁共振碳谱技术进行分析表征,证明了产物为目标产物PPC;同时着重研宄了反应温度、CO2的压力、反应时间、催化剂类型以及反应底物浓度对新合成的新型催化体系双核配合物Salen-8tBu[Co(Ⅲ)TFA]2(8)/PPNTFA催化体系的影响规律。结果表明,在反应温度为25C、CO2压力为3.0MPa的条件下反应4小时催化效果最好,得到产物PPC的TOF值高达1475.93IT1,PO转化率为99.82%,产物选择性为99.57%;产物PPC的碳酸酯链节含量为89.66%,头尾相接的单元含量为91.44%,通过GPC测试,聚合物的相对分子质量M?=293kg/mol,分子量分布为PDI=1.35。采用Guassian16计算程序对上述计算模型采用密度泛函理论计算(DFT)的方法对制备的8种配合物进行了优化计算,构建出理想的用于CO2与PO的共聚反应催化剂模型:配体骨架上对映选择性提高,轴向配体的阴离子电负性越大,配合物的催化活性越大。同时,结合催化反应结果,提出了Salen型双核金属配合物催化002与?0的共聚反应不同于单核催化体系的反应机理,解释了双核催化体系的催化活性远远强于单核催化体系的原因。
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