论文总字数：18033字

摘 要

近年来，金属有机骨架材料(Metal-Organic Frameworks, MOFs)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（MOFs）是一类具有高表面积和可调节孔隙率的多孔结晶材料，因此在气体储存和分离、分子分离、传感技术、催化、光学和磁学等方面受到日益关注。因为联苯二甲酸类配体具有刚性的构造和配位方式灵活多变的羧基，故常被用于构筑MOFs。同时，传统羧酸类MOFs构筑的多孔材料往往具有非极性孔道的特点，这是其金属-羧酸基的配位模式导致的。本课题利用2-磺基对甲苯胺作为原料，通过四步反应制备具有较大极性基团的2-磺酸基-4,4’-联苯二甲酸（L），通过红外光谱和核磁共振氢谱对其进行了表征。

关键词： 联苯二甲酸；路线设计；合成；表征

Synthesis of 2-sulfonate-4,4'-biphenyl dicarboxylic acid

Abstract

In recent years, Metal-Organic frameworks (MOFs), as a novel nano-porous material, has become one of the most important research focal point for its potential application 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. Because biphenyl dicarboxylic acid ligands have rigid structures and flexible and changeable coordination mode, they are often used in the construction of MOFs. The porous materials constructed by traditional carboxylic acid MOFs often have the characteristics of non-polar pore, which is caused by the coordination mode of metal-carboxylic acid group. In this paper, 2-sulfonyl-p-toluidine was used as raw material to prepare 2-sulfonate-4,4'-biphenyl dicarboxylic acid with large polar group by four-step reaction. It was characterized by IR and NMR spectra.

KEYWORDS: Biphenyl dicarboxylic acids; Route design; Synthesis; Characterization

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 文献综述 1

1.1课题简介 1

1.2 课题背景 1

1.2.1 MOFs材料简介 1

1.2.2 磺酸基MOFs 1

1.3 MOFs的性质 2

1.3.1 MOFs的高孔隙率与高比表面积 2

1.3.2 MOFs对气体的吸附分离研究 3

1.3.3结构与功能多样性 4

1.4 配体及MOFs的合成 5

1.4.1羧酸类配体的合成 5

1.4.2 MOFs的合成 5

第二章 2-磺酸基-4,4’-联苯二甲酸的合成和表征 7

2.1前言 7

2.2合成路线 7

2.3实验条件 8

2.4实验部分 9

2.4.1 2-碘-5-甲基苯磺酸的合成 9

2.4.2 2-碘-5-羧基苯磺酸的合成 11

2.4.3 4-(4’-甲基苯基)-3-磺酸基苯甲酸的合成 12

2.4.4 2-磺酸基-4,4’-联苯二甲酸的合成 13

第三章 结果与讨论 15

3.1 光谱结果分析 15

3.1.1 红外光谱 15

3.1.2 核磁共振氢谱图 19

3.2实验步骤讨论与优化 20

参考文献 21

致谢 24

第一章 文献综述

1.1课题简介

本课题是2-磺酸基-4,4’-联苯二甲酸的合成。即利用2-磺基对甲苯胺作为原料，通过四步反应制备2-磺酸基-4,4’-联苯二甲酸，对目标产物2-磺酸基-4,4’-联苯二甲酸进行一些理化性质的表征，对其理化性质进行分析，判断能否合成MOFs。

1.2 课题背景

1.2.1 MOFs材料简介

MOFs是金属有机骨架化合物的简称。近年来，关于MOFs材料的报道越来越多，这与有机配体的多样性有关，常见的配体有以下几类：芳香羧酸类、含氮杂环类、吡啶羧酸类。本文的配体就是2-磺酸基-4,4’-联苯二甲酸。

金属有机骨架（MOFs）是一类具有高表面积和可调节孔隙率的多孔结晶材料，因此在气体储存和分离^[1]、分子分离^[2]、传感技术^[3]、催化^[4]、光学^[5]和磁学^[6]等方面受到日益关注。

另外，MOFs材料在储存氢气能力方面很强，在77 K和56 bar情况下，NU-100^[7]的储氢量可达到99.5 mg g^-1。氢能源的清洁、高效特点会使这类MOFs材料成为研究的重点之一。

1.2.2 磺酸基MOFs

传统羧酸类MOFs构筑的多孔材料往往具有非极性孔道的特点，这是其金属-羧酸基的配位模式导致的。为了合成具有较大极性的官能团，当前研究人员都开始从配体的修饰入手，但是面临着很大的困难，合成手段太过复杂繁琐，而且仅仅局限于稳定性较高的官能团，并且会导致材料的孔隙率明显降低。

近日，同济大学费泓涵课题组^[8]采用一种常被忽视的磺酸类配体配体构筑MOFs。他们选用1,2-乙烷二磺酸和4,4’-联吡啶构筑了TMOF-1。TMOF-1是一种新型高稳定性的三维多孔材料。在强极性溶剂甲醇中能够不被损坏，保持其完整性，足以证明TMOF-1具有很强的稳定性。由于TMOF-1具有气体储存功能，费泓涵课题组将TMOF-1应用于CO₂与环氧乙烷衍生物的环加成反应的催化。由于TMOF-1具有较大的孔隙率，催化效果明显。结果表明TMOF-1的催化活性相较于其他催化剂能够提高产率，对于小分子底物环氧丙烷等，产率接近100%，足以证明其催化活性很强；但是随着底物分子尺寸增大，反应产率逐渐降低，从反应产率可以体现出，TMOF-1孔道对于分子尺寸的选择性。

TMOF-1不仅克服了传统羧酸类MOFs材料孔道极性低和稳定性差的缺点，将TMOF-1的合成手段开拓出来，而且还捕获和催化转化了CO₂。这类新型MOFs的出现使MOFs材料在许多领域有了更进一步的发展。

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