Baeyer-Villiger氧化反应催化体系的研究新进展

对近几年Baeyer-Villiger氧化反应中常用的催化剂及其作用机理的研究进行了综述,按催化剂的作用特点将其分为6大类:酸催化剂、过渡金属氧化物催化剂、水滑石类催化剂、掺杂过渡金属离子的分子筛催化剂、微生物酶催 化剂及过渡金属配合物催化剂,并指出了它们的优缺点。Baeyer-Villiger反应是一类将开链酮或环酮转化成相应的 酯或内酯的氧化反应,从总的发展方向上看,这类反应催化剂作用的高效性、反应的原子经济性以及在不对称合成中的应用是特别值得关注的几个方面。     

超声制备Mg(OH)_2催化剂用于环己酮Baeyer-Villiger反应

在低温条件下将超声辐射技术应用于水合法制备Mg(OH)_2催化剂,运用X射线衍射、傅里叶变换红外光谱和扫描电子显微镜等手段对催化剂进行了表征,同时考察了该催化剂对环己酮Baeyer-Villiger氧化反应合成ε-己内酯反应的催化性能。表征结果显示,经超声处理制得的Mg(OH)_2微粒小且分布均匀,粒径为100 nm左右,且其表面裸露了更多的羟基基团,能加速与H_2O_2的结合。以H_2O_2溶液(质量分数30%)为氧化剂、乙腈为溶剂、超声处理制得的Mg(OH)_2为催化剂,环己酮氧化合成ε-己内酯的适宜反应条件为:乙腈用量12 mL,环己酮29 mmol,n(H_2O_2):n(环己酮)=4.67,Mg(OH)_2催化剂相对于环己酮的质量分数为8.80%,反应温度70℃,反应时间10 h。在此条件下,环己酮的转化率为57%,ε-己内酯的选择性为100%。     

羧酸和酯类化合物在Friedel-Crafts反应中的应用

就固体酸催化剂对羧酸和酯类化合物的活化作用、相关的Friedel-Crafts反应催化体系和反应机理方面的研究进展进行了综述。其中,羧酸类化合物主要涉及饱和脂肪酸、芳基脂肪酸和烯酸;酯类化合物主要涉及直链酯和环状酯,重点是γ-丁内酯和丙二酸环亚异丙酯及其衍生物。特别是以烯酸、内酯或丙二酸环亚异丙酯为反应物,通过一步Friedel-Crafts反应可得到茚酮或萘酮类化合物,具有较高的应用价值,但是其工艺过程需要进一步的绿色化。开发新型催化剂及研究催化剂酸中心对反应物的活化机理是Friedel-Crafts反应绿色化的发展方向。     

CoAl类水滑石催化Baeyer-Villiger氧化反应性能

以苯甲醛/O₂体系为氧化体系,研究了CoAl类水滑石材料(Co₂Al-LDH)催化酮类化合物Baeyer-Villiger氧化反应的性能。结果表明:Co₂Al-LDH在Baeyer-Villiger氧化反应中具有优异的催化活性和底物适用性;以环己酮的氧化为例,在环己酮1 mmol、苯甲醛2 mmol、1, 2-二氯乙烷2 mL、Co₂Al-LDH 50 mg、O₂流量10 mL/min、室温条件下反应6 h,环己酮的转化率和ε-己内酯的选择性均达到99%以上;催化剂重复使用5次后其活性与选择性未见明显降低,表明该催化剂具有较好的稳定性;在Baeyer-Villiger氧化反应中,Co₂Al-LDH可能同时促进了苯甲醛向过氧苯甲酸的氧化及过氧苯甲酸与酮反应生成酯的过程,体现了双功能的催化特性。     

甲烷氧化偶联反应低温催化剂

ⅢB族和稀稀元素(Y、La、Sm、Nd等)的化合物,在100—600℃具有催化甲烷氧化偶联反应活性。在300℃,La催化剂的甲烷转化率约21.8％,C_2烃收率约11.1％,C_2时空收率约为5μmol/mlcat·s.经过45小时的连续反应,结果表明催化剂性能稳定。     

金属氧化物催化剂在酯交换反应中的应用进展

在介绍金属氧化物催化剂酯交换反应意义的基础上,综述了近年来用于酯交换反应的各种金属氧化物催化剂的制备方法及其应用体系,包括过渡金属氧化物催化剂、碱金属氧化物催化剂、碱土金属氧化物催化剂和其他金属氧化物催化剂,分析各类催化剂的优点及不足,总结了目前催化剂研究存在的问题,并展望了未来金属氧化物催化剂在酯交换领域的应用前景。     

负载型多钒杂多酸催化剂在氧化脱硫反应中的应用

 使用两步法合成出H₁₂P₂Mo₁₂V₆O₆₂(HPA-6_2P)、H₁₄P₂Mo₁₀V₈O₆₂(HPA-8_2P)、H₁₅P₃Mo₁₈V₆O₈₄ (HPA-6_3P)和H₁₂P₃Mo₁₈V₇O₈₅(HPA-7_3P) Dawson 结构的含钒杂多酸化合物,并采用红外光谱、紫外光谱进行表征。以活性炭、二氧化硅为载体,浸渍以上化合物制备出负载型杂多酸催化剂。以二苯并噻吩(DBT)为模型化合物,考察了这类催化剂的氧化脱硫性能。结果表明,H₁₂P₃Mo₁₈V₇O₈₅(HPA-7_3P)/ C在90℃、5min的条件下,对二苯并噻吩(DBT)的氧化脱硫率可以达到73.2%,显示出优良的催化性能。     

离子液体在烯烃环氧化反应中的应用

研究了1-辛烯、环辛烯等多种烯烃的环氧化反应,考察了反应温度、反应时间、催化体系循环使用次数等因素对环氧化反应的影响。结果表明,在离子液体1-甲基-3-丙酸咪唑硫酸氢盐中,以H2O2质量分数为30%的双氧水溶液为氧化剂,以[[(phens)2(H2O)FeⅢ]2(μ-O)](ClO4)4为催化剂,在反应温度为5℃,反应时间为15 min的最佳工艺条件下,1-辛烯转化率可达99%;催化活性随催化体系循环使用次数的增加而逐渐下降。     

杂多酸催化剂在缩合反应中的应用

综述了杂多酸(盐)及其负载型杂多酸(盐)催化缩合反应在国内外的研究和应用进展。介绍了磷钨酸(盐)、硅钨酸(盐)、磷钼(钒)杂多酸(盐)及SiO_2、活性炭、分子筛等负载型杂多酸(盐)在缩合反应中的应用,与传统酸性比,杂多酸作为一种新型的绿色催化剂具有催化活性高、选择性好、无污染等优点,有效地促进了缩合反应的进行。简要分析了杂多化合物应用所面临的问题。     

Study on the Mechanisms for Baeyer-Villiger Oxidation of Cyclohexanone with Hydrogen Peroxide in Different Systems

The green and effective Baeyer-Villiger oxidation reaction of cyclohexanone for preparing ε-caprolactone is of particular importance in the synthesis of new polymer materials. We have discussed here several mechanism types of Baeyer-Villiger oxidation of cyclohexanone with H2O2 in different reaction systems. Five main types have been addressed, i. e.: (1) the non-catalyzed reaction type, where the C=O of ketones is activated by H+, which is electrolytically dissociated from H2O2 and H2O, to improve the capability of C=O group for accepting the electron pairs; (2) the thermally activated radical reaction type, where the Criegee intermediate is produced via two steps of radical reaction with ·OH attack, with much more hydroxyl radicals being excited in the presence of TS-1 zeolite; (3) the Brnsted acid catalysis reaction type, where both O-O moiety and C=O group could be activated by Brnsted acid; (4) the solid Lewis acid catalyzed C=O of the substrate activation reaction type through enhancing the donor-acceptor interaction between the antibonding π*C=O orbital of cyclohexanone and HOMO of Sn-containing zeolites; and (5) the solid Lewis acid catalyzed H2O2 to form Me-OOH oxidative species by converting the highest occupied molecular orbital (HOMO) of Ti-OOH into a singly occupied molecular orbital (SOMO), making the O-O group highly electrophilic to attack the C=O of cyclohexanone during the Baeyer-Villiger oxidation process. In the end, we have also compared the different mechanisms and put forward our opinions on the development direction of catalytic materials aiming at eco-friendly Baeyer-Villiger oxidation of cyclohexanone in the years to come.     

非贵金属CO氧化催化剂的研究进展

综述了非贵金属CO氧化催化剂的研究情况,着重讨论了影响CO氧化非贵金属催化剂活性因素、催化机制、催化剂失活原因。指出了今后的研究方向。     

对二甲苯氧化非溴催化体系研究新进展

综述了用于对二甲苯氧化的不同非溴催化体系的研究进展情况,详细介绍了不同非溴催化剂的制备和催化性能。溴蒽类催化剂的活性较低,相应的研究也较少。非溴催化体系的研究主要集中于氮氧自由基催化剂。氮氧自由基催化剂是非常有效的对二甲苯氧化催化剂,活性高、环境友好,具有很大的工业化潜力。氮氧自由基催化剂与反应产物可通过结晶和萃取技术进行分离。     

用于轻型柴油车尾气排放的氧化催化剂研究进展

为满足愈加严格的柴油车尾气排放标准,不但需要对柴油车的发动机技术进行改进,同时需要采用尾气后处理技术。在柴油车尾气后处理技术中,氧化催化剂是当前实际应用最广泛的技术措施。本文介绍了轻型柴油车的欧洲排放标准及尾气排放特点,综述了轻型柴油车氧化催化剂技术的研究和开发进展。     

杂多酸在油品氧化脱硫中的应用进展

氧化脱硫技术是一种很有前景的脱硫技术。综述了单体杂多酸、杂多酸盐、杂多酸相转移催化剂以及负载型杂多酸催化剂在油品氧化脱硫过程中的作用机理及应用进展,指出了杂多酸催化剂应用于油品氧化脱硫过程中有待解决的问题及今后发展方向。     

固体碱催化剂在催化反应中的应用进展

概述了固体碱催化剂在催化反应中应用的最新进展,总结了近年来固体碱催化剂在(1)双键异构化反应;(2)氧化反应;(3)还原反应;(4)酯交换反应;(5)A ldol缩合、M ichael加成、Knoevenagel缩合、甲苯的甲醇侧链烷基化等C—C键的形成反应;(6)C—S i,C—O,C—P等碳杂键的形成等催化反应中的最新应用进展,并指出了目前固体碱催化剂应用中存在的问题。     

苯直接氧化合成苯酚研究进展

综述了苯直接氧化制苯酚的国内外研究进展.苯直接氧化制苯酚主要方法有N2O氧化法、O2氧化法、H2O2氧化法.从反应条件、催化剂的制备、催化剂活性以及失活等方面对这些方法的优缺点进行了评述.苯直接氧化制苯酚工艺实现工业化要解决的问题包括催化剂的制备、反应条件优化以及后处理的简化、原料的获得等,制备出价廉、高效、可重复利用的催化剂是研究的重点.     

CuNaX催化乙苯选择氧化制苯乙酮

采用离子交换法制备了一系列不同铜含量的CuNaX催化剂。该催化剂能有效催化以叔丁基过氧化氢(TBHP)为氧化剂的液相乙苯选择氧化反应,产物以苯乙酮为主。在催化剂用量200mg、乙苯用量6mmol、TBHP用量12mmol、乙腈用量1mL、反应温度80℃、反应时间10h的优化反应条件下,乙苯转化率达到78%,苯乙酮选择性为98%,且催化剂能多次循环使用。XRD,DRS,H2-TPR表征结果表明,当铜质量分数小于6.0%时,交换到NaX分子筛中的铜离子主要位于分子筛的超笼中;而当铜质量分数超过6.0%时,交换到NaX分子筛中的铜离子主要位于分子筛的方钠石笼或六角柱笼中。位于NaX分子筛超笼中的六配位的铜离子是催化以TBHP为氧化剂的乙苯选择氧化制苯乙酮反应的活性组分。