Cs/ZSM-35分子筛催化甲缩醛和乙酸甲酯发生一步法羟醛缩合反应（英文）

丙烯酸及其酯是重要的化工原料,广泛应用于涂料、粘结剂、纤维等领域,目前工业上常采用丙烯两段氧化法进行制备.然而该方法以石油基原料丙烯为源头,采用V/Mo/Bi等金属催化剂,不符合可持续发展理念,且存在环境污染及氧气下产物易过度氧化等问题.因此,如何高效、安全、大规模工业化制备丙烯酸及其酯是研究者追求的目标.以乙酸甲酯(MAc)和甲醛为原料,通过羟醛缩合一步制备丙烯酸及其酯是一条完全不同于丙烯氧化法的合成路径,原料均可由煤基甲醇得到,符合我国"富煤、贫油、少气"的基本能源结构,且该方法碳原子利用率为100%,副产物仅为水,属于绿色环保合成路径.羟醛缩合是典型的碳链增长反应,可在酸性催化剂、碱性催化剂、以及酸碱双功能催化剂存在下发生.碱性催化剂一般为负载型碱金属氧化物,例如以SiO_2为载体的负载型Na,K,Cs氧化物催化剂等,但都存在活性组分流失的问题,进而导致催化剂的失活,难以实现工业化.酸碱双功能催化剂是目前研究的热点,由于具有酸催化剂的高选择性和碱催化剂的高活性,其反应性能要远优于单一酸性催化剂和单一碱性催化剂,广大研究者对此进行了深入广泛的研究,目前基本处于实验室阶段.相对而言,目前酸性催化剂上通过羟醛缩合反应制备丙烯酸及其酯的研究工作较少,特别是以固体酸为催化剂进行乙酸甲酯和甲醛气固相反应研究非常少见.我们以甲缩醛为甲醛源,创新性地采用固体硅铝分子筛为酸性催化剂,催化甲缩醛(DMM)和MAc发生羟醛缩合反应来制备丙烯酸.硅铝分子筛具有较高的活性,可高效地催化羟醛缩合反应,且由于分子筛催化剂具有很好的再生性能,即使催化剂寿命较短,也可采用流化床或移动床等反应器进行工业化,因此存在良好的工业化前景.为了进一步深入研究酸性位和碱性位各自对DMM和MAc羟醛缩合反应的影响,本文以HZSM-35分子筛为载体,采用浸渍法制备不同碱金属铯氧化物含量的催化剂,利用氮气吸附/脱附方法和化学程序升温(NH_3-TPD)方法对其孔结构和酸性质进行表征,并进一步考察催化剂的性能.结果表明,微孔体积随着碱金属Cs负载量的增加而逐渐减小,当Cs负载量增加至10 wt%时,样品微孔体积从初始0.105 cm~3/g降至0.063 cm~3/g.NH_3-TPD结果显示,当Cs负载量为1 wt%,酸性催化剂载体上的强酸和弱酸活性位被大量碱性氧化物占据;当负载量超过5 wt%时,所有的酸性位均被覆盖.随后考察负载不同碱金属含量分子筛的羟醛缩合反应性能,发现碱金属氧化物的引入不利于羟醛缩合反应的进行,这主要是由于作为甲醛源的DMM只有在酸中心上才能进行分解产生甲醛,促使羟醛缩合反应顺利进行.当采用DMM为甲醛源时,体系中必须有酸性位存在.同时得知,分子筛HZSM-35中强酸和弱酸均是羟醛缩合反应的有效酸性位,但强酸同时催化原料发生类甲醇制烯烃过程,致使大量烃类副产物生成,产生较重的积炭物种.羟醛缩合反应在含有大量弱酸催化剂上(如γ-Al2O3)也可顺利进行,且具有较高的活性和稳定性.     

HZSM-35分子筛酸性质对甲缩醛和乙酸甲酯羟醛缩合反应的影响

丙烯酸及其酯是重要的化工原料,广泛应用于涂料、粘结剂、纤维等领域,目前工业上常采用丙烯两段氧化法进行制备,但该法以石油基原料丙烯为源头,采用V/Mo/Bi等金属催化剂,不符合可持续发展理念,且存在环境污染及氧气下产物易过度氧化等问题.如何高效、安全、大规模工业化制备丙烯酸及其酯是研究者追求的目标.以乙酸甲酯(Mac)和甲醛为原料,通过羟醛缩合一步制备丙烯酸及其酯是一条完全不同于丙烯氧化法的合成路径,原料均可由煤基甲醇得到,符合我国"富煤、贫油、少气"基本能源结构,且该方法碳原子利用率为100％,副产物仅为水,属于绿色环保合成路径.本文以甲缩醛(DMM)为甲醛源,创新性地采用固体硅铝分子筛为酸性催化剂,催化DMM和MAc发生羟醛缩合反应来制备丙烯酸.硅铝分子筛具有较高的活性,可高效地催化羟醛缩合反应,且具有很好的再生性能,即使催化剂寿命较短,也可采用流化床或移动床等反应器进行工业化,因此具有良好的工业化前景.硅铝分子筛中常含有Br?nsted酸和Lewis酸,为试图说明羟醛缩合反应的真正活性位点,我们以羟醛缩合反应性能最佳的HZSM-35分子筛为研究目标.首先,利用红外研究HZSM-35分子筛的酸性质.发现分子筛中桥羟基提供Br?nsted酸,外骨架铝物种提供Lewis酸.通过对桥羟基红外峰一阶求导,发现其对称性较差,表明Br?nsted酸在HZSM-35分子筛孔道中分布不均匀.利用红外分峰手段,得知约51％的Br?nsted酸分布于八元环和六元环交叉所形成的笼(cage)中,约23％分布于十元环孔道,26％分布于八元环孔道中.同时,利用吡啶在分子筛HZSM-35不同温度下的吸附情况验证了这一分峰结果.其次,利用钠离子交换方法制备不同Br?nsted酸浓度的ZSM-35分子筛,经吡啶红外表征得知,Br?nsted酸浓度随钠离子交换程度增加而逐渐降低,而Lewis酸浓度并未改变;在羟醛缩合反应性能中,丙烯酸及丙烯酸甲酯选择性和收率均随Br?nsted酸浓度增加而逐渐升高,考虑到Lewis酸浓度并未变化,可知Br?nsted酸是羟醛缩合反应性能的活性位点,其浓度增加有利于羟醛缩合反应性能的提高.同时,对比不同ZSM-35分子筛失活现象,高Br?nsted酸浓度时分子筛重积炭量最高,这可能是由于Br?nsted催化不饱和产物关环生成芳烃物种或(和)发生氢转移过程所导致.     

HZSM-35分子筛酸性质对甲缩醛和乙酸甲酯羟醛缩合反应的影响（英文）

丙烯酸及其酯是重要的化工原料,广泛应用于涂料、粘结剂、纤维等领域,目前工业上常采用丙烯两段氧化法进行制备,但该法以石油基原料丙烯为源头,采用V/Mo/Bi等金属催化剂,不符合可持续发展理念,且存在环境污染及氧气下产物易过度氧化等问题.如何高效、安全、大规模工业化制备丙烯酸及其酯是研究者追求的目标.以乙酸甲酯(Mac)和甲醛为原料,通过羟醛缩合一步制备丙烯酸及其酯是一条完全不同于丙烯氧化法的合成路径,原料均可由煤基甲醇得到,符合我国"富煤、贫油、少气"基本能源结构,且该方法碳原子利用率为100%,副产物仅为水,属于绿色环保合成路径.本文以甲缩醛(DMM)为甲醛源,创新性地采用固体硅铝分子筛为酸性催化剂,催化DMM和MAc发生羟醛缩合反应来制备丙烯酸.硅铝分子筛具有较高的活性,可高效地催化羟醛缩合反应,且具有很好的再生性能,即使催化剂寿命较短,也可采用流化床或移动床等反应器进行工业化,因此具有良好的工业化前景.硅铝分子筛中常含有Brnsted酸和Lewis酸,为试图说明羟醛缩合反应的真正活性位点,我们以羟醛缩合反应性能最佳的HZSM-35分子筛为研究目标.首先,利用红外研究HZSM-35分子筛的酸性质.发现分子筛中桥羟基提供Brnsted酸,外骨架铝物种提供Lewis酸.通过对桥羟基红外峰一阶求导,发现其对称性较差,表明Brnsted酸在HZSM-35分子筛孔道中分布不均匀.利用红外分峰手段,得知约51%的Brnsted酸分布于八元环和六元环交叉所形成的笼(cage)中,约23%分布于十元环孔道,26%分布于八元环孔道中.同时,利用吡啶在分子筛HZSM-35不同温度下的吸附情况验证了这一分峰结果.其次,利用钠离子交换方法制备不同Brnsted酸浓度的ZSM-35分子筛,经吡啶红外表征得知,Brnsted酸浓度随钠离子交换程度增加而逐渐降低,而Lewis酸浓度并未改变;在羟醛缩合反应性能中,丙烯酸及丙烯酸甲酯选择性和收率均随Brnsted酸浓度增加而逐渐升高,考虑到Lewis酸浓度并未变化,可知Brnsted酸是羟醛缩合反应性能的活性位点,其浓度增加有利于羟醛缩合反应性能的提高.同时,对比不同ZSM-35分子筛失活现象,高Brnsted酸浓度时分子筛重积炭量最高,这可能是由于Brnsted催化不饱和产物关环生成芳烃物种或(和)发生氢转移过程所导致     

分子筛催化剂催化合成聚甲氧基二甲醚

以甲醇、甲缩醛和三聚甲醛为原料,考察了分子筛孔道结构、晶粒粒径、酸性及反应体系对合成聚甲氧基二甲醚反应性能的影响,并筛选出最佳反应条件。结果表明,HMCM-22分子筛具有良好的催化性能。在最佳反应条件下,以甲醇与三聚甲醛为原料,DMM2~8的选择性为65.1%;而以甲缩醛和三聚甲醛为原料,DMM2~8的选择性则达到90.6%。NH3-TPD结果表明,弱酸位有利于三聚甲醛解聚为甲醛,中强酸位促进长链分子生成,而强酸位导致DMM为主要产物。     

分子筛催化剂上甲醇与三聚甲醛缩合制聚甲醛二甲醚

对HY、HZSM-5、Hβ和HMCM-22分子筛催化剂上甲醇与三聚甲醛缩合制聚甲醛二甲醚（PODE_n或DMM_n）的反应性能进行了研究,考察了分子筛种类和酸性对产物分布的影响。结果显示,以酸性分子筛为催化剂,甲醇与三聚甲醛可缩合得到聚甲醛二甲醚。HY分子筛上反应产物主要为短链的甲缩醛（DMM）;HZSM-5和Hβ分子筛上产物以DMM₁~3为主,其柴油添加剂组分DMM₃~8的收率分别为6.40%和13.78%;HMCM-22分子筛为催化剂时,长链的聚合物收率明显增加,其柴油添加剂组分DMM₃~8的收率可以达到29.39%。NH₃-TPD表征结果表明催化剂表面的酸性对产物分布有着明显的影响：表面弱酸位有利于短链产物DMM的生成,而中等强度的表面酸性位则能促进柴油添加组分DMM₃~8的生成。     

含钨SBA-15介孔分子筛催化剂的表面酸性和羟基分布

分别以浸渍法和水热晶化法制备了SBA-15介孔分子筛孔中插入氧化钨和碳化钨的催化剂,采用NH3-TPD测定了表面酸性和总酸量,并采用FT-IR研究了它们的表面羟基分布情况.NH3-TPD结果表明,浸渍法制备的含氧化钨的SBA-15介孔分子筛催化剂表面只有SBA-15介孔分子筛的弱酸位,而含碳化钨的SBA-15介孔分子筛催化剂表面还出现了W2C的强酸位.水热晶化法制备的含氧化钨的SBA-15介孔分子筛催化剂表面SBA-15介孔分子筛的弱酸位随W含量的增大略有增强, W含量较高时还出现了钨物种的强酸位;含碳化钨的SBA-15介孔分子筛催化剂表面除了SBA-15介孔分子筛的弱酸位外, W含量较低时有W2C的强酸位, W含量较高时有W2C和WC两种强酸位.傅里叶变换红外光谱结果表明,浸渍法和水热晶化法制备的含氧化钨和碳化钨的SBA-15介孔分子筛催化剂除表面自由硅羟基外,还存在着α, β和γ三种不同类型的氢键羟基,并且氢键羟基和催化剂的制备方法以及催化剂的W含量都有一定的关系.     

苯酚和草酸二甲酯在不同分子筛催化下的酯交换反应

研究了以TS－1、H－ZSM－5、Hβ和H－丝光沸石等不同分子筛为催化剂，苯酚和草酸二甲酯酯交换合成草酸二苯酯反应。通过对催化剂进行吸附吡啶的红外光谱和NH3－TPD表征，考察了不同分子筛催化剂的酸性和酸强度对草酸二苯酯合成反应的影响，确定了催化剂上的弱酸中心是催化苯酚和草酸二甲酯酯交换合成草酸二苯酯反应的活性位，且催化剂的酸性中心越多，酸量越大，催化活性越好。催化剂上的强酸中心促进了副产物苯甲醚的生成。     

酸碱双功能MgO/HMCM-22催化剂上Knoevenagel缩合反应

采用浸渍法制备了一系列MgO改性催化剂MgO/HMCM-22, 利用X射线衍射、N₂物理吸附-脱附、扫描电镜、傅里叶变换红外光谱、NH₃及CO₂程序升温脱附等技术对所制催化剂进行了表征. 结果表明, MgO改性后MCM-22分子筛仍保持原有的结构; 随着MgO负载量的增加, 催化剂的碱强度和碱含量显著增加, 而强酸含量明显减少, 弱酸酸位有所增加. 以Knoevenagel缩合为探针反应, 考察了所制催化剂的性能. 在优化的反应条件下, MgO/HMCM-22上苯甲醛转化率高达92.6%. 催化剂 MgO/HMCM-22和MgO/NaMCM-22的催化性能明显优于HMCM-22和MgO. 酸中心和碱中心均对该缩合反应起着重要的促进作用. MgO/HMCM-22对Knoevenagel缩合反应显示出较高的催化活性, 体现出明显的酸碱协同催化作用.     

高选择性和稳定性的CsPW/Nb2O5催化剂用于甘油脱水制备丙烯醛（英文）

以磷钨酸铯盐Cs2.5H0.5PW12O40(CsPW)为活性组分,负载到Nb2O5载体上,并用于甘油脱水制备丙烯醛的反应中.通过调节焙烧温度(400–700°C)以及活性组分负载量(5儃60 wt%),对催化剂酸性进行调节.CsPW负载量为20 wt%,500°C焙烧的CsPW/Nb2O5催化剂性能最佳,甘油转化率为96%,丙烯醛选择性为80%,反应10 h内没有失活现象,并且该催化剂具有良好的热稳定性,可通过烧炭进行再生.     

负载铯催化剂上苯酚与甲醇醚化制苯甲醚

研究了不同酸碱中心、载体、前躯体和负载量对负载铯催化剂上苯酚与甲醇醚化制苯甲醚反应行为的影响。结果表明,碱性中心比酸性中心具有更高的苯甲醚选择性,碱性中心的阳离子影响催化剂的苯甲醚选择性。载体影响铯离子的电子结合能,从而影响催化剂的醚化活性;铯离子的电子结合能越低,催化剂醚化活性越低;载体影响催化剂强碱性位数量,从而影响苯甲醚选择性;强碱性位数量越多,副反应越容易发生,苯甲醚选择性越低。不同前躯体制备的Cs/Si O2由于表面相对铯原子数量不同而活性不同;Cs/Si O2的单层负载量为1.0 mmol/g,超过单层负载量后催化剂的平均活性显著下降。     

Gas-Phase Carbonylation of Dimethoxymethane to Methyl Methoxyacetate on Solid Acids: The Effect of Acidity on the Catalytic Activity

The gas-phase carbonylation reaction of dimethoxymethane (DMM) to methyl methoxyacetate on different solid acids was studied. It was established that this reaction was accompanied by the occurrence of a side reaction of DMM disproportionation into dimethyl ether and methyl formate. It was shown that the activity of solid acids in both of the reactions depends on the strength of Brønsted acid sites according to an equation like the Brønsted–Evans–Polanyi–Semenov correlations.     

Synthesis of Derivatives of (4-Methyl-2-Quinolylthio)acetic and (4-Methyl-2-Quinolylthio)propionic Acids

An efficient synthesis has been developed for derivatives of (4-methyl-2-quinolylthio)acetic and (4-methyl-2-quinolylthio)propionic acids by the reaction of 4-methyl-2-thioxoquinoline with methyl methacrylate, the amide of methacrylic acid, acrylonitrile, ethyl bromoacetate, and ethyl acrylate. The hydrolysis of the resultant intermediates by (quinolylthio)acetic and (quinolylthio)propionic acids gave the corresponding acid products, which are also formed in the reaction of 4-methyl-2-thioxoquinoline with chloroacetic and acrylic acids. The reaction of 4-methyl-2-thioxoquinoline with allyl bromide was studied. The potassium permanganate oxidation of the resultant 2-allylthio-4-methylquinoline led to (4-methyl-2-quinolylthio)acetic acid.__________Translated from Khimiya Geterotsiklicheskikh Soedinenii, No. 4, pp. 403–406, April, 2005.     

A recyclable bifunctional acid-base organocatalyst with ionic liquid character. The role of site separation and spatial configuration on different condensation reactions

A series of bifunctional organic catalysts containing acid and basic sites with ionic liquid characteristics have been prepared and their catalytic activity and reaction coordinate for aldol and Knoevenagel condensations have been compared. While the only factor controlling catalyst activity for the Knoevenagel condensation was the distance between the acid and base sites, the spatial orientation of the organocatalyst is also key to achieve high activity and selectivity in the Claisen-Schmidt condensation. Mechanistic studies based on theoretical DFT calculations show that the acid-base bifunctional organocatalyst follows a mechanism inspired in natural aldolases for the synthesis of trans-chalcones, being able to produce a large variety of these compounds of industrial interest. The combination of the acid-base pairs within the proper geometry and the ionic liquid nature makes this catalyst active, selective and recyclable.     

The synthesis of bicyclo[2.2.2]octan-2-ones by sequential michael reactions

The reaction of cross-conjugated dienolate anions derived from substituted cyclohexenones with methyl acrylate and vinyl ketones has been studied. Bicyclo[2.2.2]octan-2-ones are formed by a sequential Michael mechanism; however, the reactions of vinyl ketones must be conducted under amine-free conditions. Unexpecedly, the conjugate base from 2,3-dimethylcyclohex-2-enone gives only a single Michael adduct with vinyl ketones, and if forced to react further undergoes an intramolecular aldol condensation. An alternative Diels-Alder approach to the bicyclo[2.2.2]octanone products is shown to be effective.     

An acidic layered clay is combined with a basic layered clay for one-pot sequential reactions

A Ti4+-exchanged montmorillonite (Ti4+-mont) and a hydrotalcite (HT) are strong solid Br?nsted acid and base, and these two clay catalysts could be used in a single reactor without neutralization of active sites. Because the Ti4+-mont have active acid site in the narrow interlayers, the base sites of large HT particles show no interaction with the acid sites. A variety of acid and base reactions, such as esterification, acetalization, deacetalization, aldol reaction, Michael reaction, and epoxidation, proceeded using both the Ti4+-mont and the HT in a single reactor.     

分子筛改性对一步法合成二甲醚的影响

采用浸渍法制备了MgO、CaO、ZnO改性的HZSM 5分子筛,并以改性HZSM 5为脱水剂与JC207甲醇合成催化剂组成双功能催化剂,在固定床反应器上考察了其对一步法合成二甲醚影响。结果表明,适量碱性氧化物的引入,引起分子筛表面的B酸中心（强酸中心）向L酸中心（弱酸中心）转变,而弱酸和中强酸中心是甲醇脱水生成二甲醚的活性中心,强酸中心会造成二甲醚进一步脱水生成烃类副产品,所以改性后产物中二氧化碳和烃类的选择性下降,二甲醚选择性升高。这种趋势在CaO/HZSM 5脱水剂上表现的更为明显。     

Direct one-pot synthesis of phenanthrenes via Suzuki-Miyaura coupling/aldol condensation cascade reaction

We have developed an efficient cascade reaction, a Suzuki-Miyaura coupling followed by an aldol condensation, for the construction of phenanthrene derivatives using microwave irradiation. For example, the reaction of methyl 2-bromophenylacetamide with 2-formylphenylboronic acid in the presence of a palladium catalyst and a base provided a biaryl intermediate, which underwent in situ cyclization to afford the corresponding phenanthrene in high yield.     

Synthesis of optically active (+)-19-nortestosterone by asymmetric bis-annulation reaction

Michael reaction of 1,7-pctadien-3-one with 2-methylcyclopentane-1,3-dione, followed by intramolecular aldol condensation promoted by L-amino acids produced the optically active (+)-4-(3-butenyl)-7a-methyl-5,6,7,7a-tetrahydroindane-1,5-dione in high chemical and optical yields. The PdCl₂-catalyzed oxidation of the terminal double bond gave the methyl ketone, which had 76% optical purity and was made 100% optically pure by recrystallization. Then aldol condensation afforded the tricyclic ketone, which was alkylated with 3-butenyl iodide to afford (?)-3β-t-butoxy-2,3,3a,4,5,7,8,9,9aβ,9bα-decahydro-6-(3-butenyl)-3aβ-methyl-1H-benz[e]inden-7-one. The synthesis of this compound means the total synthesis of (+)-19-nortestosterone.     

Effect of crystallinity in HZSM-5-amorphous alumosilica systems on their catalytic properties in the synthesis of dimethoxymethane

Granulated catalysts with 3–5% H-ZSM-5 phase were obtained from a highly dispersed alumosilica and were used for the synthesis of dimethoxymethane (DMM) from methanol and formaldehyde. The activity of these catalysts is greater than the activity of pure zeolite. A linear correlation was found between the yield of DMM and the content of Brönsted acid sites in the catalysts.