分子筛催化cis-2-丁烯的双键异构反应机理的DFT研究

基于含有两个Si和一个Al的分子筛3T簇模型, 利用密度泛函方法(DFT)研究了分子筛催化1-丁烯双键异构为cis-2-丁烯的反应机理. 在B3LYP/6-31G(d,p)计算水平上对反应各驻点进行了全优化, 并计算了反应的活化能. 研究发现, 分子筛上的酸性OH基团首先通过物理吸附靠近1-丁烯的双键, 形成了π配位复合物后, 丁烯双键的端基C原子逐渐抽取这个质子, 同时相邻酸性位的一个O原子也抽取丁烯碳链上的一个H原子, 形成吸附态的cis-2-丁烯, 最后通过脱附形成产物, 使分子筛复原, 反应按照协同反应机理发生. 计算得到的表观活化能是55.9 kJ/mol, 与实验结果接近.     

DFT法研究离子液中EMIM+催化丁烯双键异构反应机理(II)

用密度泛函理论(DFT)在B3LYP/6-31G(d, p)的计算水平上研究了离子液中1-乙基-3-甲基咪唑阳离子(EMIM⁺)的4-H和5-H原子催化丁烯双键异构反应的可能途径，优化了反应体系的平衡态和过渡态的几何构型，分析了反应过程中键参数的变化，通过振动分析对平衡态和过渡态进行了验证. 计算结果表明, 离子液中的EMIM⁺首先通过4-H和5-H原子吸附丁烯, 进而催化丁烯的双键异构反应, EMIM⁺的4-H和5-H催化1-丁烯异构为2-丁烯的正反应活化能分别为204.2和207.3 kJ•mol^-1，逆反应活化能约为220.9和223.8 kJ•mol^-1， 反应为基元反应.     

ZSM-5分子筛催化1-己烯生成cis-2-己烯的理论研究

基于54T团簇模型, 采用ONIOM分层计算方法, 研究了1-己烯在ZSM-5分子筛上进行顺式双键异构的反应机理. 计算结果表明, 1-己烯的顺式双键异构反应通过只有分子筛Brønsted酸部分起作用的机理进行. 首先, 1-己烯与分子筛的Brønsted酸性位形成π配位复合物. 接着, 酸质子发生迁移使1-己烯的双键端基碳原子被质子化, 同时双键的另一碳原子与失去质子的Brønsted酸羟基的氧原子成键, 形成稳定的烷氧基中间体. 然后, 烷氧基中间体中的C―O共价键被打断, 同时Brønsted酸羟基的氧原子从C₆H₁₃基团提取一个氢原子还原分子筛的酸性位, 并且生成cis-2-己烯. 这一反应路径与借助于分子筛活性位的酸-碱双功能性质的反应路径是相互竞争的. 计算得到的表观活化能是59.37 kJ·mol^-1, 该值与实验值非常接近. 这一结果合理解释了双键异构过程中的能量特征, 并且扩展了对分子筛活性位本质的理解.     

Ga/HZSM-5分子筛上乙烯二聚反应的理论研究

应用理论计算方法研究了Ga/HZSM-5及Al/HZSM-5 分子筛上乙烯二聚生成1-丁烯的反应历程, 比较了分子筛酸性对反应能量的影响. 计算采用分为两层的76T簇模型, 应用量子力学和分子力学联合的 ONIOM2 (B3LYP/6-31G(d, p):UFF) 方法. 乙烯二聚过程可按照分步机理和协同机理进行, 均得到表面丁基烷氧中间产物. 计算结果表明, 与在Al/HZSM-5分子筛上的反应过程相比, 乙烯在 Ga/HZSM-5分子筛上的吸附能低 20.62 kJ·mol^-1, 但质子化反应的活化能只高出1.26 kJ·mol^-1; 而乙基烷氧中间体与乙烯分子结合过程的活化能高出 62.55 kJ·mol^-1, 原因是Ga 原子半径大, 降低了六元环过渡态的稳定性. 若按协同机理, 质子转移和C―C键聚合同时进行, 在 Ga/HZSM-5分子筛上的活化能较Al/HZSM-5的高16.44 kJ·mol^-1. 因此乙烯二聚按照协同机理有利. 研究还表明, 表面丁基烷氧中间体脱质子, 生成1-丁烯并吸附在复原的分子筛酸性位上. 该反应在两种酸中心上的活化能几乎相同, 但明显高于其他各步的活化能, 因此成为整个反应的速度控制步骤.     

酸性分子筛催化乙烯二聚反应

应用密度泛函理论(DFT), 采用5T簇模型来模拟分子筛催化剂的酸性位, 在B3LYP/6-311+G(3df, 2p)的条件下通过理论计算研究了乙烯在酸性分子筛上的二聚反应. 对反应各驻点进行了全局优化, 经过零点能校正后, 计算得出乙烯二聚反应的活化能. 研究表明, 乙烯在分子筛上的二聚反应分三步进行: 单个乙烯分子化学吸附→第二个乙烯分子的物理吸附→两乙烯分子二聚反应. 乙烯化学吸附生成的烷氧化合物与物理吸附的乙烯分子发生二聚反应生成新的C—C键同时生成新的烷氧化合物. 计算得到的乙烯化学吸附和二聚反应的反应能垒分别为108和149 kJ·mol-1. 反应的逆过程也就是1-丁烯在酸性分子筛表面的1-丁基烷氧化合物发生β分裂反应, 计算所得相应的1-丁烯β分裂反应的能垒为217 kJ·mol-1, 远高于相应的乙烯二聚反应能垒. 此外还进一步研究了所用基组对计算结果的影响.     

HZSM-5分子筛上乙基叔丁基醚合成反应的理论研究

采用ONIOM (B3LYP/6-31G(d,p):UFF)分层计算的方法, 研究了HZSM-5 分子筛上乙醇和异丁烯合成乙基叔丁基醚(ETBE)的反应机理. 通过反应物在HZSM-5 分子筛上吸附性质的研究发现, 乙醇与分子筛酸性位相互作用形成氢键, 而异丁烯则作用在Brönsted 酸位上形成π配位吸附. 确定反应物吸附位置后, 进一步探索反应机理, 结果表明: HZSM-5分子筛上乙醇和异丁烯合成乙基叔丁基醚的反应为协同反应, 并且, 反应物吸附顺序的不同对反应过程存在一定的影响. ETBE合成反应的最优途径以反应物同时吸附形成的复合物作为起点. 在反应过程中, 形成π配位的H原子向异丁烯分子中不饱和双键的端位C原子靠近, 被吸附的乙醇分子中的O原子向异丁烯双键中的另一个C原子靠近, 直到形成C－O键, 生成ETBE. 这一过程中, 原有的质子H加成到异丁烯的端基C上形成C－H键, 而原醇羟基中的H和B酸位附近的O原子作用形成新的酸性位. 相应的协同反应的最低的反应势垒为25.14 kJ·mol^-1.     

3-位环庚烷(酰)基取代的焦脱镁叶绿酸-a甲酯的合成

以焦脱镁叶绿酸-a甲酯(MPP-a)为起始原料, 在对其E-环羰基进行保护的前提下, 经焦脱镁叶绿酸-d甲酯与环庚基溴化镁进行Grignard反应; 所生成新的卟吩仲醇再经脱保护、脱水和氧化等诸多反应, 将3-位仲羟基转化成碳碳双键和羰基, 其碳氧双键再行Grignard反应并脱水成烯, 完成一系列未见报道的3-位环庚基取代的焦脱镁叶绿酸-a甲酯衍生物的合成. 其化学结构均经UV, IR, ¹H NMR及元素分析予以证实.     

酸处理对CuY催化剂孔结构及氧化羰基化性能的影响

对NaY分子筛(n_Si/n_Al=2.65)进行了草酸脱铝处理并作为载体采用液相离子交换法制备CuY催化剂,应用于常压甲醇氧化羰基化合成碳酸二甲酯(DMC)反应。NaY分子筛及其CuY催化剂通过N₂低温吸附-脱附、透射电子显微镜、X射线衍射、²⁹Si固体核磁共振、NH₃吸附程序升温脱附、吡啶吸附红外光谱、H₂程序升温还原、原子吸收等方法进行表征。研究结果表明,酸处理NaY分子筛后,骨架铝被脱除,导致骨架n_Si/n_Al比增加、相对结晶度降低并产生介孔,有利于产物分子的扩散,从而影响催化活性。采用4 h、2 mol·L^-1草酸处理NaY分子筛作为载体制备的CuY催化剂显示出较高的催化性能,DMC时空收率和甲醇转化率分别从103.6 mg·g^-1·h^-1和6.3%增加到184.9 mg·g^-1·h^-1和10.2%。产生的介孔能够促进催化剂中铜活性位的可接近性及反应物分子和产物分子的扩散。     

酸处理对CuY催化剂孔结构及氧化羰基化性能的影响

对NaY分子筛(n_Si/n_Al=2.65)进行了草酸脱铝处理并作为载体采用液相离子交换法制备CuY催化剂, 应用于常压甲醇氧化羰基化合成碳酸二甲酯(DMC)反应。NaY分子筛及其CuY催化剂通过N₂低温吸附-脱附、透射电子显微镜、X射线衍射、²⁹Si固体核磁共振、NH₃吸附程序升温脱附、吡啶吸附红外光谱、H₂程序升温还原、原子吸收等方法进行表征。研究结果表明, 酸处理NaY分子筛后, 骨架铝被脱除, 导致骨架n_Si/n_Al比增加、相对结晶度降低并产生介孔, 有利于产物分子的扩散, 从而影响催化活性。采用4 h、2 mol·L^-1草酸处理NaY分子筛作为载体制备的CuY催化剂显示出较高的催化性能, DMC时空收率和甲醇转化率分别从103.6 mg·g^-1·h^-1和6.3%增加到184.9 mg·g^-1·h^-1和10.2%。产生的介孔能够促进催化剂中铜活性位的可接近性及反应物分子和产物分子的扩散。     

C2-C2直链烯烃在HY 和H-ZSM-5分子筛上的吸附

采用ONIOM(B3LYP/6-311++G(d,p):UFF)分层计算方法, 研究了C₂-C₅直链烯烃在HY 和H-ZSM-5 分 子筛上的吸附性质. 理论计算结果表明: 烯烃与分子筛的Br?nsted 酸性位相互作用形成π配位超分子复合物; 随着碳链的增长, 烯烃的吸附能增加, 增加量近似为一个常数(HY 分子筛: 约12 kJ·mol^-1; H-ZSM-5 分子筛: 约 25 kJ·mol^-1), 与烷烃在分子筛上的吸附具有相同的规律. 双键位置对烯烃的吸附能影响很大, 2位烯烃的吸附能 要远大于1 位烯烃的吸附能. 不同类型分子筛对烯烃的吸附性能也有很大差别, 由于局域效应的影响, 小孔径 H-ZSM-5分子筛上的吸附能大于大孔径的HY分子筛,而且碳链越长,这种差别越大.从微观结构上看,吸附的烯 烃与H-ZSM-5分子筛酸性位的距离要远大于它们与HY分子筛酸性位的距离, 这是由于不同类型分子筛的微孔 结构产生的范德华作用是不同的,这种作用随着孔径的减小而增强.前线轨道分析表明, 对于小分子烯烃,大孔径 HY分子筛对其催化活性相近,而小孔径H-ZSM-5分子筛随着烯烃碳原子数的增加催化活性有减弱的趋势.     

高效钼基催化剂上正丁烯自歧化生成乙烯和己烯（英文）

烯烃歧化反应(又称烯烃复分解反应)是两分子烯烃通过碳-碳键断裂重排生成新烯烃分子的反应,自1964年Phillips公司的Banks等发现以来,引起了研究者的广泛关注,且在均相催化体系的发展尤为迅速;与此同时,多相烯烃歧化催化剂因其在分离简单、可循环再生利用方面的优势而在工业界崭露锋芒.多相烯烃歧化催化剂通常由活性金属组分(Re,Mo,W)分散到大比表面积的多孔载体制备而成.多相催化剂上烯烃歧化反应主要集中在乙烯和2-丁烯反歧化制丙烯反应,其中WO_3/SiO_2催化剂先后应用于Phillips公司的Triolefin Process和ABB Lummus公司的OCT工艺,低温Re系催化剂被法国石油研究院应用到Meta-4歧化工艺.同时丙烯歧化也是研究最多的反应,多数情况下被用作探针反应来研究催化剂的性能.烯烃歧化反应可以根据市场需求灵活调变产物分布,为碳四烃类的高效转化利用提供很好的途径.受国内拉动内需的政策及下游应用行业强劲需求的影响,中国液化石油气的产量逐年递增.2014年我国液化气产量约为2550万吨,其中仅有39%左右用于碳四深加工,大部分当做燃料直接烧掉.从组成来看,液化气中烯烃含量在40%-50%,可以转化为高附加值的乙烯和丙烯进一步利用.本文重点开发了一条从1-丁烯出发生产乙烯/己烯的反应路线及对应的催化剂.首先从热力学角度分析了碳四歧化反应网络中各反应路径发生的难易程度.在此基础上,以Mo/Al_2O_3为催化剂考察了Mo负载量和反应条件对产物分布的影响-.在优化的6Mo/Al_2O_3催化剂上,80°C,1.0 MPa和丁烯空速3 h1的条件下,产物中乙烯和己烯的摩尔选择性超过85%,并且在48 h内保持良好的反应稳定性.为了进一步探究催化剂结构与反应性能的关系,系统考察了催化剂载体差异对Mo物种状态和反应性能的影响.借助N2吸附,NH_3-TPD,Py-IR,H_2-TPR,UV-Vis和HRTEM等表征手段,发现催化剂反应活性与其酸密度直接相关.催化剂酸量越大,丁烯转化率越高,但副反应越多;载体适宜的酸量和较大的比表面积更有利于钼物种的分散和四配位钼物种的形成,促进目标1-丁烯自歧化制乙烯/己烯反应的发生.     

Vapour–liquid equilibrium for the ethyl ethanoate + 1-butene, +cis-2-butene, +trans-2-butene, +2-methylpropene, +n-butane and +2-methylpropane

Isothermal vapour–liquid equilibrium was measured for ethyl ethanoate + 1-butene, +cis-2-butene, +trans-2-butene, +2-methylpropene, +n-butane and +2-methylpropane at 318.4 K with an automated static total pressure measurement apparatus. The experimental data was correlated with the Wilson activity coefficient model. A good agreement between the experiments and the model was achieved. All six binary systems exhibited positive deviation from Raoult's law.     

异戊烯与甲醇成醚反应机理的量子化学研究

对2-甲基-1-丁烯、2-甲基-2-丁烯与甲醇反应生成甲基叔戊基醚的反应历程进行了量子化学研究, 结果表明, 反应过程包括两个基元步骤: 2-甲基-1-丁烯和2-甲基-2-丁烯与氢离子作用生成碳正离子, 活化能分别为E1=2.26 kJ/mol, E2=7.72 kJ/mol; 甲醇与叔碳正离子反应成醚, 活化能为E3=1.29 kJ/mol, 碳正离子的生成是反应的速控步骤. 2-甲基-1-丁烯与2-甲基-2-丁烯相互转化的异构化活化能分别为E'1=4.40 kJ/mol, E'2=63.11 kJ/mol, 高于成醚的活化能, 反应体系不发生烯烃相互转化的异构化反应.     

Stereochemistry of the co-oxidation products of indene and thiophenol

The major primary product of the co-oxidation of indene and thiophenol is trans-2-phenylmercapto-1-indanyl hydroperoxide, which spontaneously rearranges to the two racemes of trans-2-phenylsulphinyl-1-indanol. Attack by the phenylmercaptyl radical on the indene molecule is, within 5 per cent, exclusively at the 2-position and subsequent addition of oxygen to the intermediate 2-phenylmercaptoindanyl radical is, within the same limits, exclusively a trans-addition.

The cis- and trans-2-phenylmercapto-1-indanols and the related sulphoxides and sulphones have been synthesised. Under certain conditions, the substitution reaction of thiophenate ion with indene bromohydrin is accompanied by migration of the hydroxyl group and production of trans-1-phenylmercapto-2-indanol; the sulphoxides and sulphone in this series are also described.     

Simultaneous analysis of butene isomer mixtures using process mass spectrometry

The feasibility of simultaneous analysis of mixtures containing two to four butene isomers and up to six total components using process mass spectrometry is assessed. As for typical (nonisomeric) applications of process mass spectrometry, simultaneous analysis is based on the assumption that the electron ionization mass spectra of mixtures are linear combinations of the spectra of the individual constituents. Limits of detection for binary isomer mixtures are on the order of 0.1% to 10%, limited by the ability to distinguish small differences between similar spectra. As spectral and mixture complexity increase, both accuracy and precision decrease. Not surprisingly the similarity of the spectra of stereoisomers cis- and trans-2-butene is greater than that of the other (nonstereoisomeric) isomer pairs, and mixtures containing both cis- and trans-2-butene are the most difficult to quantitate. However, even for mixtures of all four butenes, accuracy (root-mean-square ERROR = 2.43%), precision (average coefficient of VARIATION = 6.72%), and linearity (correlation coefficient of a plot of measured versus actual concentration r² = 0.985 ± 0.002) are reasonably good.     

Cis- and trans-3-hexene: infrared spectrum in liquid argon solution, ab initio calculations of equilibrium geometry, normal coordinate analysis, and vibrational assignments

The infrared spectra of cis-3-hexene and trans-3-hexene dissolved in liquid argon have been obtained at temperatures from 93 to 120 K. The absorptions were observed with a low-temperature cell and a Fourier transform infrared spectrophotometer. Ab initio molecular orbital calculations were performed to obtain the equilibrium geometry, vibrational frequencies, force fields, and infrared intensities. The calculations were done at the Hartree-Fock level using 6-31G basis set. The Cartesian force fields from ab initio calculations have been converted to the force field in symmetry coordinates. The scale factors of ab initio calculated force fields were determined. Normal coordinate calculations were performed using a scaled quantum mechanical (SQM) force field. Vibrational normal modes calculated for the lowest energy rotamers of cis- and trans-3-hexene have been assigned to infrared absorption bands observed in liquid argon solution. The assignments were based on calculated frequencies and potential energy distributions. The equilibrium geometries of the two lowest energy rotamers (symmetry C₂ and C_s) of cis-3-hexene and of the three lowest energy rotamers (symmetry C_i, C₂, and C₁) of trans-3-hexene were calculated. Variable temperature studies of the infrared spectrum of cis- and trans-3-hexenes dissolved in liquid argon were done to obtain the ΔH of conversion between the rotamers C₂ and C_s of cis-3-hexene and between the rotamers C_i, C₂, and C₁ of trans-3-hexene.     

A DFT study on the double bond migration of butene catalyzed by ionic pair of 1-ethyl-3-methyl-imidazolium fluoride

The double bond migration of butene catalyzed by 1-ethyl-3-methyl-imidazolium fluoride (EmimF) has been studied using quantum chemical method. The geometries of reactant, transition state and product for the isomerization have been optimized by density functional theory (DFT) at the B3PW91/6-31G(d,p), 6-311++G(d,p) and aug-cc-PVDZ levels. The computed results show that the 4-H atom on imidazole ring of EmimF has a good catalytic activity to the double bond migration of butene and the catalytic reaction of 1-butene to 2-butene is a synergetic and elementary process. The apparent activation energy of isomerization is about 197 kJ/mol.