[发明专利]离子液体共价修饰镁铝水滑石的两亲性催化材料、制备方法及催化脑文格反应的应用

说明书

本发明公开了一种离子液体共价修饰镁铝水滑石的两亲性催化材料、制备方法及用于脑文格反应的方法。所述的离子液体共价修饰镁铝水滑石的两亲性催化材料中离子液体的硅氧键与镁铝水滑石层板的羟基以共价键方式连接。本发明提供的离子液体共价修饰镁铝水滑石两亲性催化材料不仅可提高离子液体的重复使用率，有效避免离子液体在反应体系中的流失，而且有助于有机反应底物与催化活性位点的接触，从而大大提高传统液固催化反应体系的传质性能。将本发明提供的离子液体共价修饰镁铝水滑石的两亲性催化材料催化剂应用于水溶液体系下催化醛的脑文格反应，具有高效的催化活性和良好的选择性。

技术领域

本发明属于无机-有机复合材料技术领域，特别涉及一种离子液体共价修饰镁铝水滑石两亲性复合催化材料、其制备方法、及其在水溶液体系下对催化醛的脑文格反应中的方法。

背景技术

水滑石是一种天然矿，其组成近似为Mg₆Al₂(OH)₂CO₃·4H₂O，是一类具有特殊结构和功能的主体化合物。水滑石的结构由带正电荷的类水镁石氢氧化物层和带负电的夹层组成。在水镁石中，镁阳离子与周围羟基呈八面体配位，每个八面体共用一条边组成片层。水镁石中部分Mg²⁺被Al³⁺离子同晶取代成为水滑石,CO₃^2-存在于天然水滑石层间。

水滑石的组成可以通过不同方式来调变。其中Mg/(Mg+Al)比x是可变的，因此水滑石的组成可表示为[Mg_1-xAl_x(OH)₂]^x+(CO₃^2-)_x/2·zH₂O，x的值可以从约0.1到0.34。这种材料常常被称为层状复合氢氧化物。水滑石层板原子间为共价键合；层间存在阴离子,以弱化学键如离子键、氢键等与主体层板相连接,层板骨架带有正电荷,层间阴离子与之平衡,整体呈现电中性。在合成时，Mg可以被Zn,Fe,Co,Ni和Cu同晶取代，而Al可以被Cr,Fe,In所代替，层间的阴离子CO₃^2-也可被许多其它阴离子所取代。

水滑石材料作为碱催化剂被广泛应用于有机反应。由水滑石制备的碱催化剂可分为两类。第一类，催化剂保持水滑石的层状结构，调变层间阴离子。第二类是混合氧化物，由焙烧水滑石结构的材料制备得到。虽然说水滑石基催化材料具有反应活性与选择性高、腐蚀性小以及反应条件温和等优点，但是将其直接作为催化剂或者催化剂前体仍然存在一些困难与挑战。比如，水滑石由于其层间具有丰富的羟基与结合水，因此其自身作为一类亲水型材料，在液固等反应体系中，有机底物很难有效接近催化活性位，尤其对于一些疏水性有机分子而言，催化活性低，严重影响了反应的传质效率。关于研究如何有效提升液固催化反应体系的传质效率一直以来也是一科学研究的焦点与热点所在。

离子液体是一种在室温下呈液态的盐类化合物，它完全由离子组成，也称为“室温离子液体”。离子液体的特点有蒸汽压低、不易挥发、毒性小、易于回收利用；液体状态温度范围广；熔点低、化学和热稳定性好；且结构可调变设计、种类繁多；能溶解大多数的有机物和无机物，使许多化学反应可以在均相中顺利进行。近年来，离子液体作为一种绿色溶剂和可替代的催化材料已被广为研究，并引起了科学家和产业界的浓厚兴趣，并且在我们的前期研究工作中，发现离子液体可以有效促进有机底物分子与催化活性位的接近，提高液固催化反应体系的传质效率。

脑文格反应(Knoevenagel缩合反应)是醛等羰基化合物与活波亚甲基反应脱去一分子水生成取代亲电烯烃的反应，是有机合成中形成碳碳双键的一个重要方法，长期以来受到人们的高度重视和广泛应用，已成为有机合成中一个经典反应，其经典的制备方法是在液相中用碱催化。

发明内容