“挑战杯”科创立项申请书.doc
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“挑战杯”科创立项申请书.doc
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序号:
编码:
11
河北师范大学2013年度大学生课外学术科技创新
立项申请书
项目名称:
新型高效酯氢化还原催化剂的合成
项目类别:
11
所属子类:
5
项目负责人:
周炉红
手机:
18231198595
e-mail:
2463347858@
QQ:
2463347858
学院年级:
化学与材料科学学院2011级
指导教师:
刘庆彬
联系电话:
13931100839
e-mail:
liuqingb@
共青团河北师范大学委员会制
2013年2月28日
填写说明
1.本申请书在指导老师的指导下,由项目负责人负责填写,内容表达要明确、严谨,字迹要清晰,空格不够时可另加页;
2.项目名称限制在30个汉字以内;
3.项目分类和所属子类填写编码即可,详见第4、5、6条;
4.项目类别分为:
自然科学类学术论文(代码为11)、哲学社会科学类社会调查报告和学术论文(12)、科技发明制作(13)、创业计划书(14);
5.自然科学类学术论文和科技发明制作的子类分为5类:
1.机械与控制(包括机械、仪器仪表、自动化控制、工程、交通、建筑等);2.信息技术(包括计算机、电信、通讯、电子等);3.数理(包括数学、物理、地球与空间科学等)4.生命科学(包括生物、农学、药学、医学、健康、卫生、食品等);5.能源化工(包括能源、材料、石油、化学、化工、生态、环保等)。
6.哲学社会科学类社会调查报告和学术论文的子类分为6类:
1.哲学;2.经济;3.社会;4.法律;5.教育;6.管理;
7.创业计划书的子类分为2类:
1、产品;2、服务
8.申请者必须是主持本研究工作的首席研究人,只能一名,有研究、组织能力,时间上有保证;参加人为实际从事本研究工作的人员;
9.项目申请人和项目组成员申请项目不得超过两项;
10.项目经费限于本项目研究工作直接需要的开支,实事求是,勤俭节约。
应充分利用已有条件和可以利用的协作条件。
11.本申请书由申请者所在学院审查、筛选后统一报校团委,一式一份,并将电子版上传到团委网站()科技创新项目网上报名评审系统。
一.申报项目基本情况
项目名称
新型高效酯氢化还原催化剂的合成
项目大类
A:
课外学术科技作品(√)B:
创业计划竞标项目()
起止日期
2013年3月1日——2013年12月1日
申请经费
项目组成员
学号
姓名
专业
年级
辅导员
签 名
2011014826
周炉红
化学
2011级
吕雪梅
2011010407
苗方方
化学
2011级
2011014870
方圆
化学
2011级
指导老师
姓 名
单 位
职 称
签 名
刘庆彬
河北师范大学化学与材料科学学院
应用化学,研究员,系主任
负责人参加科技创新活动与获奖情况
无
研究内容摘要(300字左右)
有机酸酯还原成醇是有机化学最基本的反应之一,在医药、农药、食品添加剂、电子产品等精细化工领域中广泛应用,目前常用大量的NaBH4和LiAlH4将酯还原成醇,其生产成本较高,同时会产生大量废弃物,环境污染大。
采用催化氢化还原替代现有的还原方法,是一个理想、绿色的解决方法。
但由于酯氢化反应活性低,其氢化还原问题一直未能有效解决。
本课题提出设计、合成新型钌的氮膦配体螯合物作为催化剂,采用NMR、X-单晶衍射等现代光谱手段对其结构进行表征,将其用于芳香酸、脂肪酸酯类催化氢化还原中,采用GC-MS、HPLC-MS等手段对反应过程进行跟踪。
建立新的酯催化氢化还原方法,揭示酯氢化还原活性与催化剂结构之间的关系,通过优化反应条件,筛选出高效、温和、选择性高的催化剂,为设计适合工业化的酯氢化还原催化剂奠定基础。
二.项目详细情况
国内外本项目的研究状况(本栏目为空的,一律不予立项)
将有机酸酯还原成醇是有机化学最基本的反应之一,目前实验室和工业上常用的方法是用等量或过量的NaBH4和LiAlH4[1]来还原,这样常常会产生大量的废弃物,对环境造成污染;同时由于NaBH4和LiAlH4价格昂贵,生产成本较高,因此从经济和环境友好角度来考虑,酯催化氢化还原成醇是一个非常具有吸引力的选择。
2005年在美国绿色化学研究所和制药公司的圆桌讨论会上曾把“LiAlH4或硼烷还原酰胺[2]”的替代反应列在首要攻克议题。
近几年来,均相的分子催化剂催化酯加氢取得一定进展,Ikariya[3]对这一领域的进展进行了评论。
酯氢化反应尽管不会涉及到产生手性中心的问题,但由于酯基连有供电子的烷氧基,其反应活性比酮羰基低很多,其加氢难度较大,因此到目前为止,酯的氢化还原问题一直未能的到有效解决。
目前存在的主要问题是;1)由于酯基的反应活性低,现有催化剂的效率较低,S/C只有100-10000,而简单羰基还原,S/C多数能达到(10000-4550000)[4],所以酯加氢催化剂用量大,成本比较高,很多还不适合大规模工业化生产,尤其对于大量低附加值的酯类氢化,需要更高效催化剂来降低生产成本。
2)催化剂的普适性较差,一些催化剂只对某几种化合物有效。
对于手性的β-氨基、羟基羧酸酯类氢化许多催化剂效率很低或无效,此外含手性官能团的羧酸衍生物加氢还原,要求不发生消旋,而这类反应中常常以强碱添加剂,会对其他官能团产生影响,手性中心常常会发生消旋问题。
3)对于含有C=C,苯环,C=O等不饱和官能团化合物,已有催化剂常常选择性太差,常常会对其他不饱和的双键产生加氢。
因此下一代酯氢化催化剂的设计应该是朝更高效、反应条件更温和、不需要或加入更少量强碱,对反应底物适应性更广泛方向上努力。
因此我们准备设计一种新的酯氢化配体,用于筛选温和、高效的双功能分子催化剂催化酯氢化反应,解决目前酯氢化反应中存在的问题。
鉴于目前金属硼氢化物(NaBH4、LiAlH4及其衍生物)在医药、农药、食品添加剂、电子产品等精细化工领域中使用的广泛性,如果能设计高效的酯氢化催化剂催化还原酯替代现有的还原方法,将会对本领域的经济可持续发展、减少环境污染产生重要影响。
[1]闻韧编,药物合成反应第二版化学工业出版社2003,P386-388。
[2]D.J.C.Constable,P.J.Dunn,J.D.Hayler,G.R.Humphrey,H.L.Leazer,Jr.,R.J.Linderman,K.Lorenz,J.Manley,B.A.Pearlman,A.Wells,A.Zaks,T.Y.Zhang,Keygreenchemistryresearchareas—aperspectivefrompharmaceuticalManufacturers.GreenChem.2007,9,411–420.
[3]P.A.Dub,T.Ikariya,CatalyticReductiveTransformationsofCarboxylicandCarbonicAcidDerivativesUsingMolecularHydrogen.ACSCatal.2012,2,1718−1741.
[4]W.Li,J.-H.Xie,H.Lin,Q-L.Zhou,HighlyEfficientHydrogenationofBiomass-derivedLevulinicAcidtoγ-ValerolactoneCatalyzedbyIridiumPincerComplexes.GreenChem.,2012,14,2388-2390.
项目的创新点(300字左右)
1)设计、合成、表征一种新的钌氮膦配体螯合物,
2)探索新的配体对催化剂的活性影响,解决酯氢化催化剂活性低的问题,为设计适合工业化生产催化剂创造条件。
项目的研究意义与选题依据
目前金属硼氢化物(NaBH4、LiAlH4及其衍生物)在医药、农药、食品添加剂、电子产品等精细化工领域中使用的广泛性,如果能设计高效的酯氢化催化剂催化还原酯替代现有的还原方法,将会对本领域的经济可持续发展、减少环境污染产生重要影响。
选题依据:
本课题是在参考大量国外同行工作的基础上,依据我们现有的工作基础提出的。
研究详细内容
1)催化剂的合成与表征
以芘为原料用RuCl3催化,高碘酸钠为氧化剂,将芘氧化成芘-4,5-二酮,以三苯基膦,2-氯乙胺为原料,在金属锂的作用下合成2-二苯膦基乙胺,将2-二苯膦基乙胺与芘-4,5-二酮按2:
1的比例缩合成二亚胺,再与RuCl3(DMSO)n;络合可得催化剂1(见下图);此外可用其他烷基膦替代三苯基膦,同理可以制备其他2-二烷基膦基乙胺替代2-二苯基膦基乙胺合成二烷基膦基催化剂用来筛选其催化活性。
2)催化剂用于芳香酸、脂肪酸酯类催化氢化反应研究
由于对芳香酸,脂肪酸酯类氢化还原研究较多,易与文献报道催化剂的活性进行比较,因此首先将催化剂用于芳香酸、脂肪酸酯类催化加氢反应,考察新合成的催化剂的催化氢化活性。
通过系统研究反应条件(反应温度、压力、催化剂配比、溶剂和碱的添加物)的影响,探索新催化剂最佳加氢条件,催化剂的结构対酯氢化活性的影响。
期望获得比现有催化剂活性更高的催化剂。
3)实验手段:
催化剂的表征:
用NMR、MS、元素分析等手段对所合成的催化剂及中间体进行表征。
将催化剂制备成单晶,用X-单晶四圆衍射仪对催化剂的立体结构进行分析。
对于酯类氢化反应研究:
产物分析用NMR、MS、元素分析、IR等手段进行结构鉴定,纯度用GC或HPLC分析,反应中间监控用HPLC、GC或GC-MS、HPLC-MS。
4)关键技术
对于芳香酸,脂肪酸酯类催化氢化反应,关键技术在于提高催化剂活性。
技术指标:
合成并表征所设计的钌络合物;建立新的酯氢化还原方法、探索催化剂的结构与活性之间的关系,为设计对反应底物适应性更广泛,效率更高,选择性更强的催化剂奠定基础。
研究进度安排(按月份填写)
2013年3月——2013年6月合成催化剂与表征
2013年7月——2013年9月催化剂用于芳香酸、脂肪酸酯类催化氢化反应研究
2013年10月——2013年12月论文的撰写
中期目标
合成新的金属钌的配合物,用NMR、MS、元素分析等手段对所合成的催化剂及中间体进行表征。
将催化剂制备成单晶,用X-单晶四圆衍射仪对催化剂的立体结构进行分析。
预期研究成果(实物、软件、报告、论文等)
(1)建立一种新的酯氢化还原方法。
(2)在国外重要学术刊物上发表论文1篇。
三.申请项目经费预算(调研、资料、耗材、元器件等)
序号
用途
金额
1
购买实验器材
500元
2
实验药品
1000元
3
实验测试费用
500元
合计
2000元
四.指导教师论证意见
新型高效酯氢化还原催化剂的合成;提出设计、合成一种新型钌的氮膦配体螯合物作为催化剂,采用NMR、X-单晶衍射等现代光谱手段对其结构进行表征,将其用于
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- 关 键 词:
- 挑战 创立 申请书