液体酸耦合体系催化C4烷基化研究进展

综述了近十年来液体酸耦合体系催化C₄烃烷基化反应的最新进展,包括液体超强酸、有机酸-杂多酸、离子液体-酸耦合体系,对比了不同催化体系催化C₄烃烷基化反应过程中的烯烃转化率、三甲基戊烷的选择性和烷基化汽油的研究法辛烷值,总结了不同催化体系的优缺点。重点论述了离子液体-酸耦合体系催化剂中组成离子液体的阴阳离子以及耦合酸类型对C₄烃烷基化反应的影响：有机胺类离子液体较咪唑类有着更为优异的烷基化效果,阴离子和改性离子液体通过形成特定的结构来维持反应体系的酸强度、减少副反应,从而延长催化剂的使用寿命,耦合酸为反应提供酸性位点并与离子液体协同催化。离子液体-酸耦合催化体系具有酸耗低、稳定性好、不易失活且可循环使用等优点,是C₄烷基化催化剂未来的发展方向之一。     

醚基高铼酸盐离子液体的催化性能研究

自合成两种新型醚基高铼酸盐离子液体：1-(2-甲氧基乙基)-3-乙基咪唑高铼酸盐（[C₂2O1Im][ReO₄]）和1-(2-乙氧基乙基)-3-乙基咪唑高铼酸盐（[C₂2O2Im][ReO₄]）,并利用核磁共振氢谱/碳谱、拉曼光谱、质谱和差示扫描量热等方法表征,确定是目标产物。环氧化合物是一种化学性质活泼且易转化为其他物质的有机合成中间体,烯烃的环氧化反应是合成环氧化合物的一种重要途径,因此建立以新型醚基高铼酸盐离子液体为溶剂兼催化剂的环辛烯环氧化均相反应体系,系统研究反应温度、时间、氧化剂用量、催化剂用量及循环使用等因素的影响。结果表明,产率大于90%,反应选择性大于99%,催化剂循环5次,产率无明显下降。     

离子液体催化转化CO_2合成碳酸丙烯酯

首先采用7种离子液体分别催化二氧化碳与环氧丙烷合成碳酸丙烯酯,考察离子液体种类对催化性能的影响,确定最优催化剂是离子液体溴化1-乙胺基-3-甲基咪唑盐[AeMIM]Br。然后研究辅助催化剂Lewis酸与离子液体[AeMIM]Br复合体系对催化性能的影响,再将最优复合催化体系[AeMIM]Br/(ZnBr_2)_2与正硅酸乙酯通过溶胶-凝胶法制备硅胶负载型复合离子液体,实现催化剂的相态转变并有利于实现固定床催化工艺,研究硅胶负载的复合离子液体催化转化二氧化碳进行环加成反应的影响。结果表明,离子液体的结构特点对催化性能影响很大,对于烷基咪唑离子液体其侧链长度越长,催化性能越好;功能化离子液体催化性能要优于烷基咪唑离子液体,且Lewis酸ZnBr_2的加入明显提高催化效果。当正硅酸乙酯与复合离子液体[Ae MIM]Br/(ZnBr_2)_2配比为1∶2时,所制备的硅胶负载复合离子液体催化性能最佳,其转化率为96.9%,选择性为94.8%,转化频率为3124h~(-1)。该催化剂催化性能稳定,可多次循环使用。     

改性二氧化硅负载离子液体催化合成2-(4-乙基苯甲酰基)苯甲酸

对负载离子液体催化乙苯与邻苯二甲酸酐酰化反应合成2-(4-乙基苯甲酰基)苯甲酸(BE酸)进行了研究。以AlCl₃溶液和混合酸为改性剂,对二氧化硅载体进行改性,采用浸渍法制备系列负载离子液体,采用FT-IR、BET、SEM和XRD对催化剂进行表征,考察载体改性剂、负载温度和负载量对催化剂性能的影响,并对反应条件进行了优化。结果表明,负载型离子液体在催化合成BE酸的反应中有较高的活性,但目标产物BE酸的选择性较低。经过混合酸对载体改性后,邻苯二甲酸酐的转化率和BE酸的选择性达到100％和91.1％,催化剂综合性能明显提高。催化剂再生后,BE酸的选择性为88.92%。     

负载硅聚醚离子液体的制备及催化转化CO_2的应用

首先制备氯化1-羧基聚醚-3-甲基咪唑离子液体[HOOC-PECH-MIM]Cl,再将其与正硅酸乙酯(TEOS)反应制备负载硅聚醚离子液体催化剂(Si-[HOOC-PECH-MIM]Cl),采用红外光谱仪、热重分析仪和电镜扫描仪对其化学结构、热性能和表观形貌进行测试。然后用其催化转化二氧化碳(CO_2)合成碳酸丙烯酯。研究温度、压力、催化剂用量等因素对转化率和选择性的影响。结果表明,负载硅聚醚离子液体制备成功,实现了相态转变,且具有较高的热稳定性。在较温和条件下即可高效完成催化过程,活性高、选择性好。当催化温度为90℃,压力为1.8 MPa,用量为2.5%时,转化率和选择性分别为100%和97.2%。     

负载硅聚醚离子液体的制备及催化转化CO_2的应用

首先制备氯化1-羧基聚醚-3-甲基咪唑离子液体[HOOC-PECH-MIM]Cl,再将其与正硅酸乙酯(TEOS)反应制备负载硅聚醚离子液体催化剂(Si-[HOOC-PECH-MIM]Cl),采用红外光谱仪、热重分析仪和电镜扫描仪对其化学结构、热性能和表观形貌进行测试。然后用其催化转化二氧化碳(CO_2)合成碳酸丙烯酯。研究温度、压力、催化剂用量等因素对转化率和选择性的影响。结果表明,负载硅聚醚离子液体制备成功,实现了相态转变,且具有较高的热稳定性。在较温和条件下即可高效完成催化过程,活性高、选择性好。当催化温度为90℃,压力为1.8 MPa,用量为2.5%时,转化率和选择性分别为100%和97.2%。     

含两个质子酸位的离子液体与钨酸钠催化环己烯合成己二酸

研究了含两个质子酸的离子液体与钨酸钠催化环己烯合成己二酸的反应,考察不同离子液体、离子液体用量、反应温度和反应时间等对环己烯选择性氧化反应的影响。结果表明,以离子液体1-甲基-3-丙酸咪唑对甲苯磺酸盐{［C₁imCH₂CH₂COOH］TSO}和钨酸钠为催化剂,在80 ℃、离子液体用量7.5 mmol和钨酸钠用量2.5 mmol时,反应10 h,环己烯转化率100%,己二酸选择性达96.8%。催化剂循环使用4次,催化活性基本不变。     

固定化Bronsted酸性离子液体催化酯化反应

设计合成了1-甲基-3-丁烷磺酸咪唑硫酸氢盐（［（n-Bu-SO₃H）MIm］［HSO₄］）、1-甲基-3-丁烷磺酸咪唑对甲苯磺酸盐（［（n-Bu-SO₃H）MIm］［p-CH₃C₆H₄SO₃］）和硫酸三乙胺（［Et₃NH］［HSO₄］）3种Bronsted酸性离子液体,考察了其催化正己酸与乙醇酯化反应的活性,分别采用浸渍法和溶胶-凝胶法将活性最佳的离子液体［（n-Bu-SO₃H）MIm］［HSO₄］固定在硅胶上,对固定化离子液体催化正己酸与乙醇酯化反应的性能及重复使用性能进行了比较,并采用¹H NMR、元素分析和FTIR等方法对其进行了表征。研究结果表明：采用浸渍法A、浸渍法B和溶胶-凝胶法固定的离子液体的负载量（质量分数）分别为15.5 %、20.5 %和40.5 %,催化正己酸与乙醇酯化反应所得正己酸乙酯的产率分别为75.3%、92.6%和92.6%。但浸渍法制备的固定化离子液体不稳定,重复使用4次（浸渍法A）和8次（浸渍法B）后离子液体负载量分别下降到3.0 %和7.0 %,正己酸乙酯产率分别降为24.2%和64.5%;而采用溶胶-凝胶法制备的固定化离子液体重复使用10次后,离子液体的负载量为39.0%,流失很少,正己酸乙酯产率依然高达92.7%。将溶胶-凝胶法制备的固定化离子液体进一步应用于其他脂肪酸与乙醇的酯化反应,乙酯产率均在90.0%左右,表明采用溶胶-凝胶法是制备固定化离子液体催化剂的有效方法。     

双酸型咪唑离子液体的制备及催化降解瓶级聚酯的应用

制备了五种双酸型离子液体催化剂1-丙基磺酸-3-甲基咪唑氯代金属酸盐[HO₃S-(CH₂)₃-mim]Cl-MCl_x,并对其化学结构进行了测试与分析。以矿泉水瓶为处理对象,研究了五种双酸型离子液体催化降解瓶级聚酯的性能,并对降解产物对苯二甲酸乙二醇酯(BHET)进行了化学结构分析。结果表明,制备的五种双酸型离子液体催化剂为目标产物,其中[HO₃S-(CH₂)₃-mim]Cl-FeCl₃催化性能最佳。在温度为190℃、反应时间为6 h的工艺条件下降解矿泉水瓶,BHET收率可达91.06%,这说明制备的双酸型离子液体催化剂对瓶级聚酯降解表现出很好的催化性能,具有良好的发展前景。     

负载杂多化合物催化酯类反应研究进展

综述了杂多化合物催化剂催化酯类反应在国内外的研究和应用情况。杂多化合物由于具有准液相和超强酸性的特征,广泛用于各种酯类反应。杂多酸作为均相催化剂催化酯类反应具有很高的活性和选择性,但存在反应产物和催化剂分离问题。采用杂多酸盐及以活性炭、SiO₂、TiO₂和MCM-41等负载的杂多化合物多相催化酯类,催化剂不仅具有很高反应活性和选择性,同时易于同产物分离,克服了均相催化的缺点。     

甲苯/酸性离子液体两相中顺酐选择性加氢生成四氢呋喃的研究

在甲苯/离子液体两相催化体系中,以三苯基膦和三氯化钌活化生成的配合物为催化剂,研究了顺酐选择性加氢生成四氢呋喃的反应,考察了离子液体、反应时间、反应温度、反应压力、顺酐与催化剂物质的量比以及离子液体用量对加氢反应的影响,同时考察了离子液体的循环使用。在453 K、12 h、4 MPa和n(PPh₃)∶n(RuCl₃)＝3∶1的条件下,反应的转化率和选择性分别为100%和962%。由于催化剂“负载”于离子液体中且产物不溶于离子液体,通过简单的相分离即可分离催化剂和产物。离子液体催化体系重复使用5次后,其催化活性基本不变。     

碱性离子液体催化丙二酸酯与α,β-不饱和化合物的Michael加成反应

研究新型碱性离子液体1烷基-3-甲基咪唑氢氧化物[Cnmim]OH对α,β-不饱和化合物与丙二酸酯的催化加成反应,碱性离子液体在其中兼做溶剂和催化剂,主要考察了反应时间、反应温度、离子液体用量等对产物收率的影响,得出最佳反应条件为:α,β-不饱和化合物0.04mol,丙二酸酯0.02mol,反应时间3h,反应温度90℃,离子液体用量0.03mol,此时产物收率最高可达到90.10%。反应后产物易于分离,催化剂循环使用6次后,其催化活性基本不变。     

用于ATRP反应体系的配位离子液体的合成

在微波反应器中通过有机多胺与氯化1-氯乙基-3-甲基咪唑离子液体[CeMIM]Cl的烷基化反应, 合成了具有配位功能离子液体[N₃MIM]Cl, 以替换传统的有机配体, 与催化剂CuBr配位形成催化体系, 催化离子液体中的原子转移自由基聚合(ATRP)。研究了反应工艺对离子液体合成的影响, 结果发现采用微波反应器加热, 反应时间短, 产物收率高。当反应物配比1.5:1、反应温度为75℃、微波反应3 h时, 产物[N₃MIM]Cl的收率达98.6%。采用电喷雾质谱和红外光谱测定离子液体结构, 证明该离子液体为[N₃MIM]Cl。将所合成配位离子液体替代有机配体, 用于离子液体中MMA的ATRP反应, 结果表明:配位离子液体可提高催化剂在离子液体中的溶解性, 使过渡金属催化剂容易与聚合产物分离。     

离子液体-水共溶剂作用下木质素转化为酚类物质的研究

以离子液体-水为共溶剂,磷钼酸铯为催化剂,对木质素进行降解制备酚类化合物。考察了共溶剂中水的加入量对木质素转化率及酚类物质选择性的影响;同时,考察了温度、催化剂质量分数及反应时间对木质素转化率和酚类物质选择性的影响。结果表明,在反应温度为180℃、催化剂质量分数为6%、离子液体质量为150 mg、水的用量为20μL、反应时间为100 min时,木质素的转化率及酚类物质收率均达到最大值,分别为87. 78%和20. 08%。GC-MS分析结果表明,降解产物中酚类物质主要包括二甲氧基苯酚、苯酚、4-乙基苯酚、2,6-二甲氧基苯酚。     

Raney镍-质子型离子液体体系催化木质素平台分子加氢脱氧制备烷烃

木质素是生物质组成中唯一的芳香类化合物组分,高效转化木质素制备烷烃对于生物质全组分利用具有重要意义。通过设计合成质子型醇胺类离子液体,并与Raney镍催化剂建立催化体系,考察了其对于木质素衍生酚及醚类化合物加氢脱氧制备环烷烃的反应特性和规律。研究证明,Raney镍协同二乙醇胺三氟甲烷磺酸盐（[2-HDEA]OTf）催化体系具有最优的催化木质素衍生酚类和醚类化合物加氢脱氧效果。在反应温度130℃,时间15 h,氢气压力3 MPa条件下,木质素衍生酚类及醚类化合物转化率>99.0%,目标产物环烷烃产率>80.0%。Raney镍催化剂表现出与Rh/C等贵金属相近的催化效果,离子液体阴离子结构（OTf）在催化脱氧过程中起关键性作用。     

醚基复合氯铝酸离子液体催化异丁烷烷基化

制备了4种醚基离子液体(1-甲氧基乙基-3-甲基咪唑氯盐[MOEMIM]Cl、1-甲氧基乙基-3-甲基咪唑溴盐[MOEMIM]Br、N,N,N-三甲基-N-甲氧基乙基溴化铵[N_(111,1O_2)]Br和N,N,N-三乙基-N-甲氧基乙基溴化铵[N_(222,1O_2)]Br),作为三乙胺盐酸盐氯铝酸离子液体的助剂催化异丁烷烷基化反应,考察了4种醚基离子液体及其添加量对氯铝酸离子液体催化烷基化的影响.结果表明,在反应温度25℃、进料速率500 mL/h、酸烃体积比20:60、添加6%(w)[MOEMIM]Cl的条件下,C8选择性由47.7%提高至63.6%,辛烷值(RON)由83.5提高至93.2.优化后的醚基复合氯铝酸离子液体催化剂至少循环20次活性不降低,显示了较好的催化性能.醚基离子液体助剂对烷基化性能的提高可归功于提高异丁烷溶解度、抑制酸度降低和提高界面性能.     

［Emim］HSO4-AlCl3催化1-丁烯齐聚

制备Brnsted-Lewis双酸性离子液体催化剂［Emim］HSO4-AlCl3,并用于催化1-丁烯齐聚反应,考察催化剂用量、反应压力、反应温度和反应时间对1-丁烯齐聚产物选择性的影响。结果表明,强酸性离子液体催化1-丁烯齐聚反应得到的产物主要为四聚体。在n(AlCl₃)∶n(［Emim］HSO₄)=1∶1、催化剂用量2.5 g、反应温度30 ℃、反应压力0.08 MPa和反应时间1.0 h条件下进行齐聚反应,产物选择性和反应体系的稳定性较理想。     

绿色催化剂咪唑类离子液体在甲基化反应中的研究

本文以碳酸二甲酯（DMC）为甲基化试剂,以四种咪唑类离子液体作为催化剂,进行6,7-二羟基香豆素甲基化得到目标产物6,7-二甲氧基香豆素的研究,研究表明用咪唑类离子液体作催化剂,不但选择性高,可以很好地提高反应收率,而且还可以在较低温度下进行反应,能够重复利用。通过实验分析四种咪唑类离子液体中[BMIm]Cl的催化效果最好。     

醚基功能化离子液体合成及催化烷基化反应

合成了一系列酸性的醚基功能化离子液体,对其进行了表征和测定。通过乙腈探针红外光谱法确定了最强酸性的催化剂,并将其用于催化异丁烷与2-丁烯的烷基化反应。结果表明:1-甲氧基乙基-3-甲基咪唑溴氯铝酸离子液体([MOEMIM]Br/AlCl₃)在AlCl₃摩尔比为0.75时酸性最强,催化烷基化反应效果最佳;在反应温度35℃,异丁烷与2-丁烯体积比10:1的反应条件下催化烷基化反应,可得到C₈选择性66.6%的烷基化油;其催化效果远优于非醚基功能化氯铝酸离子液体的催化效果;该催化剂可循环利用。     

两相体系内PNP/Cr（Ⅲ）/MAO催化乙烯齐聚

通过1-n-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体（[BMIM][PF₆]）/环己烷构建了液/液两相体系。研究了两相体系内反应温度、Al/Cr摩尔比、离子液体浓度等因素对异丙基双膦胺配体（PNP）/Cr（Ⅲ）/甲基铝氧烷（MAO）催化乙烯齐聚性能的影响。研究结果表明：与均相催化体系相比,两相体系内PNP/Cr（Ⅲ）/MAO催化乙烯由四聚变为三聚, 的选择性最高达到97.40%。齐聚产物存在于有机溶剂相,催化剂溶解在离子液体相,便于产物与催化剂的分离及催化剂的循环使用。