论文部分内容阅读
环氧苯乙烷是重要的有机和精细化工中间体。目前,氧化苯乙烯法是制备环氧苯乙烷最常用的方法,研究的重点是设计清洁、高效的催化氧化体系。其中,分子氧廉价易得、对环境无污染,已经成为当前研究的热点。然而,分子氧在常温下性质十分稳定。因此,设计高效催化剂以提高分子氧氧化苯乙烯的活性是当前亟待解决的难题。 过渡金属配合物催化剂因反应条件温和、反应速率高而广受关注。但人们的研究大多集中在具有对称结构的配合物(双吡啶类配合物、卟啉型配合物)上。这些配合物具有刚性平面的特点,在环氧化反应中易发生自身的二聚或多聚反应,从而导致催化剂失活。因此,不对称配合物的合成就显得尤为重要。目前,这类配合物在苯乙烯的环氧化反应中研究较少,但在烯烃聚合反应、氧化反应中已经得到应用。与双吡啶或邻菲罗啉类配体相比,这些配体的最低π*电子能量更低,与金属的π-反馈键更强,对氧化反应的影响更为显著。其次,C=N-R上的R基团可转动,有利于配合物形成立体结构,可在一定程度上避免催化剂自聚失活。 枝状分子负载化的金属催化剂(枝状金属配合物)兼具均相催化剂和多相催化剂的优点。其中,碳硅烷枝状分子稳定性强、柔顺性好等特点,能有效的调节催化剂的电子效应,但其负载的金属配合物在烯烃的环氧化反应中的应用相对较少。而且,在采用枝状金属配合物催化环氧化的反应中,被负载的单体配合物基本是金属卟啉配合物、金属salen配合物、酞菁配合物,其他配合物报道得较少。 基于以上情况,本文合成了一系列2∶1型不对称吡啶亚胺钴(Ⅱ)配合物(CoLn2,n=1,2…6),并将合成的1∶1型不对称吡啶亚胺钴(Ⅱ)配合物(CoL2)负载到碳硅烷枝状分子(CS-Cl)上,制备成枝状钴(Ⅱ)配合物催化剂(CS-CoL2),并分别研究了两类催化剂在苯乙烯环氧化反应中的催化性能。主要内容及结果如下: 1、将合成的N-取代的吡啶-2-甲醛亚胺制备成2∶1型不对称吡啶亚胺钴(Ⅱ)配合物,并通过红外光谱、元素分析、核磁氢谱、热重分析等对相关化合物进行表征。以分子氧为氧源,考察催化剂的种类、溶剂、反应温度、反应时间对苯乙烯环氧化反应性能的影响。研究表明,配合物CoL42是最有效的催化剂;配合物中亚氨氮上取代基的供电子性和空间位阻有利于提高配合物的催化活性;在优化的反应条件下,苯乙烯的转化率达99.9%,环氧苯乙烷的选择性为62.4%。 2、CoL42催化分子氧环氧化苯乙烯的较佳的工艺条件为:CoL42的用量0.15%(摩尔分数,基于苯乙烯的量),苯乙烯5 mmol,氧气流量6 mL.min-1,1,4-二氧六环10 mL,反应温度100℃,反应时间5h。在上述条件下,苯乙烯的转化率达到99.9%,环氧苯乙烷的选择性为62.4%,比一般金属配合物具有更高的催化活性。 3、将合成的N-[4-(羟基)苯基]吡啶-2-甲醛亚胺钴(Ⅱ)配合物(CoL2)负载到碳硅烷枝状分子上,制备成枝状钴(Ⅱ)配合物催化剂(CS-CoL2),并通过红外光谱(FT-IR)、元素分析、氢谱(1H NMR)等对相关化合物进行表征。以分子氧为氧源,将催化剂用于催化苯乙烯的环氧化反应,同时考察催化剂的种类、溶剂、反应温度、反应时间对苯乙烯环氧化反应性能的影响。研究表明,负载后的枝状催化剂CS-CoL2比单体催化剂CoL2的催化活性高,枝状载体具有正向的“枝状分子效应”;当以CS-CoL2为催化剂时,苯乙烯的转化率达99.9%,环氧苯乙烷的选择性为59.5%。 4、CS-CoL2催化分子氧环氧化苯乙烯的较佳的工艺条件为:催化剂用量0.11%(摩尔分数,基于苯乙烯的量),苯乙烯5mmol,氧气流量6 mL.min-1,1,4-二氧六环10 mL,温度90℃,反应时间4h。在上述条件下,苯乙烯的转化率达到99.9%,环氧苯乙烷的选择性为59.5%。