Modification with amino groups of composite SiO₂ – TiO₂ and pure TiO₂ spheres prepared via the peroxo route

Abstract

A series of porous composite SiO₂ – TiO₂ and pure TiO₂ spherical particles were prepared via the peroxo route and subsequently used as the support for catalyst. Aminopropyltrimethoxysilane (APTMS) was grafted to the surface of support in the strictly unhydrous media leading to bonding of free amino groups to the support surface covalently. Procedure of APTMS grafting is easy to perform and may be spread for grafting other different functional groups to the inorganic surfaces of the catalyst support. The support samples were calcined at various temperatures in order to optimize the preparation conditions and boost the density of surface amino groups. It has been found that the quantity of grafted APTMS varies insignificantly for the different support samples. Grafted amino groups would be applied as active catalytic sites in different reactions of organic chemistry such as acylation of amines and alcohols, polymerization of lactones with hydroxyl groups, isomerization of unsaturated compounds, aldol condensation, Diels-Alder, Michael, Knoevenagel reactions. The mechanisms of reaction activation by amino groups are the transfer of electron density to a reacting molecule and formation of an intermediate complex. While widely applied catalysts are liquid amines, it is desirable to transform these substances into the heterogeneous form for better regeneration and purification of reaction products from the initial reagents. Prepared catalysts exhibit high amino groups load equal to 1 mmol/g, taking into account the localization of amino groups on the surface of the catalyst. Серии пористых композитных оксидов SiO2–TiO2 и чистого TiO2 со сферической морфологией частиц были получены пероксидным методом, далее они были использованы в качестве подложек для катализаторов. Аминопропилтриметоксисилан (АПТМС) был присоединен к поверхности подложки в строго безводной реакционной среде, что приводит к тому, что аминогруппы присоединяются ковалентно к поверхности подложки. Процедура присоединения аминопропилтриметоксисилана является несложной и может быть применена также для других органических соединений, имеющих различные функциональные группы. Для изучения процесса термической обработки подложки были прокалены при различных температурах перед тем, как были использованы в реакциях присоединения органических молекул, содержащих функциональные группы. Было установлено, что количество органических молекул, присоединяющихся к поверхности подложки в ходе реакции различается незначительно в зависимости от температуры обработки подложки, это указывает на то, что в реакцию с ор- ганическими молекулами вступают главным образом изолированные гидроксильные группы, наиболее стабильные из всех гидроксильных групп, остающиеся на поверхности даже после прокаливания при 700 °С. Присоединенные аминогруппы будут иметь применение в качестве каталитических центров в различных реакциях органической химии, таких как ацилирование аминов и спиртов, полимеризация лактонов с гидроксильными группами, изомеризация ненасыщенных углеводородов, альдольная конденсация, реакции Дильса-Альдера, Михаэля, Невенагеля и т. д. Механизм активирования реакций аминогруппами включает перенос электронной плотности к реагирующей молекуле и формирование переходного комплекса. В то время как наиболее широко распространенные основные катализаторы являются аминами в агрегатном состоянии жидкости и представляют собой гомогенные катализаторы существует потребность в формировании гетерогенного катализатор. Гетерогенный катализ позволяет избежать загрязнения продуктов реакции исходными реагентами, а также позволяет осуществлять регенерацию катализатора и его многократное использование. Полученные катализаторы имеют высокое содержание присоединенных аминогрупп (1 ммоль/г) с учетом их локализации на поверхности материала.