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温敏性、pH响应性多孔水凝胶的合成及在催化反应中的应用

作　者: 王瑶
导　师: 张望清
学　校: 南开大学
专　业: 高分子化学与物理
关键词: 水凝胶智能水凝胶应用温敏性 pH响应性聚(N-异丙基丙烯酰胺) Pd催化剂 C-C偶联反应 Au纳米粒子醇氧化
分类号: O643.32
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

概括地介绍了水凝胶的合成、性质及应用。合成了具有多孔结构的聚（N-异丙基丙烯酰胺）-CO-聚[2-甲基丙烯酸3-（N,N’-二乙酸胺）-2-羟基丙基酯]（PNIPAM-co-PMACHE）水凝胶,这种水凝胶含有热敏性的PNIPAM链段和具有两性pH响应性及螯合性的PMACHE链段。研究表明PNIPAM-co-PMACHE水凝胶具有温敏性,体积相转变温度（VPTT）为32℃。此外,该凝胶还具有pH响应性,由于pH敏感单元PMACHE具有两性离子特性,因此PNIPAM-co-PMACHE水凝胶仅在一定pH范围内处于溶胀状态。收缩动力学研究表明在较高的温度下,尤其是在酸性或碱性条件下,水凝胶具有更快的响应速率。此外PNIPAM-co-PMACHE水凝胶的多孔结构,凝胶中配位能力较强的IDA,使得水凝胶可以用于有机催化反应中。将PNIPAM-co-PMACHE水凝胶固载Pd催化剂用于催化C-C偶联反应。PNIPAM-co-PMACHE水凝胶中进行的有机反应的三个优点:（1）水凝胶中有机反应能够加速进行。智能水凝胶可逆的收缩/溶胀使反应物和Pd催化剂均能在PNIPAM-co-PMACHE凝胶中高度富集,这也是有机反应表现出高效的原因所在。（2）由于反应物本身就能够包囊在水凝胶三维网络中,水凝胶中的有机反应不需要另外加入表面活性剂或助溶剂。（3）水凝胶固载的Pd催化剂易于回收和再利用。由于PNIPAM-co-PMACHE水凝胶可以可逆的收缩/溶胀,所以无论是固定其中的Pd催化剂还是水凝胶本身都容易回收及再利用。还将PNIPAM-co-PMACHE水凝胶用于制备尺寸可控的Au纳米粒子并用于催化分子氧氧化醇。PNIPAM-co-PMACHE水凝胶是一个制备纳米粒子的优良模版,以Au³⁺前驱,通过调节还原剂的种类和用量,在PNIPAM-co-PMACHE水凝胶中合成了不同粒径的Au纳米粒子（2.6～6.3nm）。得到的水凝胶/Au纳米粒子复合物具有温敏性质,可以可逆地收缩/溶胀。此外,在可逆的收缩/溶胀过程中Au纳米粒子能够稳定存在,没有聚集现象发生。将水凝胶/Au纳米粒子的复合物用于催化醇氧化发现,Au纳米粒子的催化活性强烈依赖Au纳米粒子的粒径。2.6nm的Au纳米催化剂在催化醇氧化中表现出了较高的活性,这种高催化活性部分归功于反应物在凝胶中的浓缩,另一部分可能归功于PNIPAM链段对醇分子的活化作用。此外,水凝胶/Au纳米粒子的复合物也可以通过可逆的收缩/溶胀实现回收再利用。

全文目录

中文摘要  4-6
Abstract  6-11
第一章引言  11-29
  第一节水凝胶的合成  11-15
    1.1.1 单体交联制备水凝胶  12-13
    1.1.2 聚合物交联制备水凝胶  13-15
  第二节水凝胶的响应性  15-19
    1.2.1 热敏性水凝胶  15-17
    1.2.2 pH敏感性水凝胶  17
    1.2.3 温度和pH双重响应性水凝胶  17-19
  第三节水凝胶的应用  19-23
    1.3.1 药物释放  19
    1.3.2 物料分离  19-20
    1.3.3 酶的固定  20-21
    1.3.4 组织工程  21
    1.3.5 光学器件  21-22
    1.3.5 纳米粒子载体  22-23
    1.3.6 催化反应  23
  第四节选题的目的和意义  23-24
  参考文献  24-29
第二章 PNIPAM-co-PMACHE水凝胶的合成与表征  29-41
  第一节实验部分  29-30
    2.1.1 实验试剂  29-30
    2.1.2 NIPAM-co-PMACHE水凝胶的合成  30
    2.1.3 分析与表征  30
  第二节结果与讨论  30-37
    2.2.1 PNIPAM-co-PMACHE水凝胶的合成  30-31
    2.2.2 PNIPAM-co-PMACHE水凝胶的红外(FT-IR)表征  31-32
    2.2.3 PNIPAM-co-PMACHE水凝胶的表面形态  32-33
    2.2.4 PNIPAM-co-PMACHE水凝胶的温度响应性  33-34
    2.2.5 PNIPAM-co-PMACHE水凝胶的pH响应性  34-37
  第三节本章结论  37
  参考文献  37-41
第三章 PNIPAM-co-PMACHE水凝胶中进行Pd催化的C-C偶联反应  41-63
  第一节实验部分  42-44
    3.1.1 实验试剂  42-43
    3.1.2 PNIPAM-co-PMACHE水凝胶中Pd(Ⅱ)催化的suzuki反应  43
    3.1.3 PNIPAM-co-PMACHE水凝胶中Pd(0)催化的suzuki反应  43
    3.1.4 PNIPAM-co-PMACHE水凝胶中Pd(Ⅱ)催化的Heck反应  43-44
    3.1.5 PNIPAM-co-PMACHE水凝胶/Pd(Ⅱ)复合物的回收  44
    3.1.6 分析与表征  44
  第二节结果与讨论  44-56
    3.2.1 PNIPAM-co-PMACHE水凝胶中Pd(Ⅱ)或Pd(0)催化剂的固载  45-47
    3.2.2 PNIPAM-co-PMACHE水凝胶中反应物的包囊和富集  47-48
    3.2.3 PNIPAM-co-PMACHE水凝胶/Pd(Ⅱ)复合物催化的Suzuki反应  48-52
    3.2.4 PNIPAM-co-PMACHE水凝胶/Pd(Ⅱ)复合物催化的Heck反应  52-53
    3.2.5 PNIPAM-co-PMACHE水凝胶/Pd(0)复合物催化的Suzuki反应  53-56
    3.2.6 PNIPAM-co-PMACHE水凝胶/Pd(0)复合物的回收再利用  56
  第三节本章结论  56-57
  参考文献  57-63
第四章 PNIPAM-co-PMACHE水凝胶中Au纳米粒子的制备及其催化醇氧化  63-81
  第一节实验部分  64-66
    4.1.1 实验试剂  64
    4.1.2 PNIPAM-co-PMACHE水凝胶中制备尺寸可控的Au纳米粒子  64-65
    4.1.3 PNIPAM-co-PMACHE水凝胶/Au纳米粒子催化的醇氧化反应  65
    4.1.4 表征和分析  65-66
  第二节结果与讨论  66-76
    4.2.1 PNIPAM-co-PMACHE水凝胶中醇底物的包囊  66
    4.2.2 PNIPAM-co-PMACHE水凝胶中尺寸可控的Au纳米粒子的合成和表征  66-71
    4.2.3 PNIPAM-co-PMACHE水凝胶/Au纳米粒子催化醇氧化  71-76
  第三节本章结论  76
  参考文献  76-81
第五章全篇结论  81-83
致谢  83-84
附录  84-90
作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果  90

温敏性、pH响应性多孔水凝胶的合成及在催化反应中的应用

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