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大连理工大学周宇涵教授等:硼酸树脂的制备及其催化Biginelli反应性能研究
引用本文:李文静蔡楠周宇涵硼酸树脂的制备及其催化Biginelli反应性能[J]. 化学试剂,2023454:144 -151.

DOI:10.13822/j.cnki.hxsj.2022.0885


背景介绍


近年来,硼酸树脂主要应用于胶束糖传感器、糖的分离和纯化、含顺二醇化合物(核苷、儿茶酚、碳水化合物和糖蛋白)的分离和富集和低聚糖合成载体等,对其催化性能的研究还比较匮乏。目前,在催化方面,硼酸树脂仅用于辅助乳糖异构化合成乳果糖、催化酰胺化反应和酯化反应,暂时还没有硼酸树脂催化Biginelli反应的相关报道。


本文亮点


1

通过工艺调节,合成了一系列活性硼酸基团含量不同的树脂

2

证明了硼酸树脂对Biginelli反应具有较好的催化活性,且具有较宽的适用范围

3

与磺酸树脂相比较,该树脂的催化活性更好



内容介绍


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1  实验部分

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2  结果与讨论

2.1  PS-DVB-BA树脂的合成及其活性硼酸基团含量测定

合成的PS-DVB-BA树脂中的硼酸基团会有部分包裹在树脂里面,导致树脂的活性硼酸基团含量比实际硼酸基团含量低,因此树脂使用前,需测定其活性硼酸基团含量。
表1结果显示,4-乙烯基苯硼酸、AIBN和二乙烯基苯的用量、转速、致孔剂种类及其用量均会影响树脂中活性硼酸基团含量。

2.2  树脂催化Biginelli反应性能研究

2.2.1  溶剂和反应时间的影响

考察了不同时间和溶剂对Biginelli反应的影响,结果如表2所示。表2结果显示,反应时间为24 h时(表2中序号1),原料未反应完全,延长反应时间至36 h(表2中序号2),收率提升至46%

2.2.2 投料比和树脂种类及用量的筛选

将反应时间延长至36 h,考察了投料比、树脂的种类及用量对Biginelli反应的影响,结果如表3所示。表3结果显示,树脂的用量(表3中序号1 ~ 3)与Biginelli反应收率呈非线性关系。

2.2.3 PS-DVB-BA-7树脂重复使用性能

将反应后的树脂用盐酸洗涤,烘干,继续用于催化Biginelli反应,研究了树脂的重复使用性能,结果如表4所示。

2.3 底物的适用性研究

在上述最优条件下,进一步探索了Biginelli反应对底物和脲的适用范围,结果如表5所示。


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3  结论

3.1  以苯乙烯、二乙烯基苯、4-乙烯基苯硼酸为原料,AIBN为引发剂,通过悬浮聚合反应,合成了16种活性硼酸基团含量不同的树脂,收率为54% ~ 98%,其中,活性硼酸基团含量最高为0.562 mmol/g

3.2  PS-DVB-BA树脂对Biginelli反应具有较好的催化活性,其催化乙酰乙酸乙酯、苯甲醛与尿素反应的最优条件为:以PS-DVB-BA-7树脂为催化剂,乙腈为溶剂,在催化剂的用量为0.412 g/(1 mmol 乙酰乙酸乙酯),苯甲醛与尿素用量均为乙酰乙酸乙酯的3倍,回流36 h,该条件下,产率高达71%

3.3  PS-DVB-BA树脂催化Biginelli反应具有较宽的适用范围,烷基、烷氧基、三氟甲基、卤素、羟基、硝基等取代的苯甲醛、2-噻吩甲醛和硫脲均能很好的反应,得到3,4-二氢嘧啶-2-酮衍生物,收率40% ~ 86%

3.4  多次回收使用树脂,树脂活性硼酸基团含量降低,但仍具有一定的催化活性。因此,该树脂具有一定的重复使用价值。