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摘 要

近年来，金属有机骨架(Metal-Organic Frameworks, MOFs)材料作为一种新颖的纳米多孔材料，因其在功能材料领域的潜在应用而成为化学工作者研究的重点之一。金属有机骨架是一类具有高的比表面积和可调节孔道的多孔结晶材料，在气体储存和分离、分子分离、传感、催化、光学和磁学等方面受到日益关注。有机配体是MOFs的重要组成部分，其中芳香羧酸类配体具有刚性构造和配位方式多样的羧基，成为构筑MOFs最常用的有机连接体。本论文的工作内容如下：

(1) 收集MOFs相关的研究进展。

(2) 设计了一条合理的路线，得到了均苯三(丙烯酸)配体，通过熔点、红外光谱和核磁共振氢谱对主要产物进行表征。均苯三甲酸与甲醇在浓硫酸作催化剂和脱水剂下酯化生成均苯三甲酸甲酯，产率：94.0%；氩气保护下,氢化铝锂还原均苯三甲酸甲酯生成均苯三甲醇，产率：89.6%；均苯三甲醇在氯铬酸吡啶盐氧化下生成均苯三甲醛，产率：45.1%；哌啶作催化剂下均苯三甲醛和丙二酸缩合生成均苯三(丙烯酸)，产率：53.6%。

关键词：均苯三(丙烯酸)；路线设计；合成；表征

Abstract

Metal-organic frameworks (MOFs), as a novel nano-porous material, have become one of the most significant research point in recent years for its potential applications in the field of functional materials. As a kind of porous crystalline materials with high surface area and adjustable porosity, MOFs have attracted increasing attention in gas storage and separation, molecular separation, sensing technology, catalysis, optics and magnetism. Organic ligands are important parts of MOFs. With rigid structures and various coordination modes, aromatic carboxylate-based ligands are the most common organic linkers for constructing MOFs. The works of this paper are as follows:

(1) The recent progress of MOFs is collected.

(2) A novel ligand, benzene-1,3,5-tri-β-acrylic acid, was prepared in a four-step reaction, and the main products are characterized by melting point, IR and ¹H NMR spectra. The 1,3,5-benzenetricarboxylic acid is used as raw material, and esterified with methanol under concentrated sulfuric acid as catalyst and dehydrating agent to prepare trimethyl-1,3,5-benzenetricarboxylate, yield: 94.0%. Under the protection of argon gas, it was reduced by lithium aluminum hydride to form 1,3,5-tris(hydroxymethyl)benzene, yield: 89.6%. 1,3,5-triformylbenzene was formed under oxidation of pyridinium chlorochromate, yield: 45.1%. It condensed with propanedioic acid to prepare benzene-1,3,5-tri-β-acrylic acid, yield: 53.6%.

Key words: Benzene-1,3,5-tri-β-acrylic acid; Route design; Synthesis; Characterization

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 文献综述 1

1.1 金属有机骨架(MOFs)简介 1

1.2 MOFs材料的应用 1

1.2.1 气体吸附与分离 1

1.2.2 催化 2

1.2.3 医药 3

1.2.4 电池 3

1.2.5 其他 4

1.3 MOFs材料的合成方法 4

1.3.1 模块合成(Modulated synthesis) 4

1.3.2 后合成修饰(Postsynthetic modification) 5

1.4 Ti-MOFs的简介 6

1.5 本论文的选题思路 6

第二章 均苯三(丙烯酸)的合成和表征 7

2.1 前言 7

2.2 实验条件 7

2.3 合成路线 8

2.4 均苯三(丙烯酸)制备过程 9

2.4.1 均苯三甲酸甲酯的合成 9

2.4.2 均苯三甲醇的合成 10

2.4.3 均苯三甲醛的合成 12

2.4.4 均苯三(丙烯酸)的合成 13

第三章 结果与讨论 15

3.1 光谱分析 15

3.1.1 红外光谱 15

3.1.2 核磁共振氢谱 19

3.2 实验步骤讨论与优化 22

参考文献 24

致 谢 27

第一章 文献综述

1.1 金属有机骨架(MOFs)简介

金属节点(次级建筑单元,SBUs)与有机配体通过配位键连接而构建成的新颖材料---金属有机框架(Metal-organic frameworks, MOFs)在过去十年中受到了相当多的关注^[1,2]。 设计和使用不同SBUs和二元或多元有机连接体构建大量多样的MOFs，使得其在传感^[3]、催化^[4]、分离^[5]、气体储存^[6]、离子导电^[7]和气体吸附^[8]等方面具有出色的性能和应用前景，如图1-1。

由于MOFs材料结合了无机和有机的性质，MOFs具有独特的性能，这些特征在纯无机或有机体系中是不存在的。例如，MOFs可以表现出比有机聚合物更高的热稳定性，同时保持一定程度的机械柔韧性，这是无机材料难以做到的。根据传统的机械性能指标，例如杨氏模量和硬度，MOFs还跨越了传统“软”和“硬”材料的设计范围。更令人感兴趣的是这种混合性质与其永久孔隙率的结合在应用方面的优势。

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