合成气转化为乙醇的反应机理

本文在助剂型Rh催化剂上采用了以CH_2OD、D_2~(18)O为捕获剂的原位化学捕获反应, 以及以D_2~(18)O为重氧源试剂的原位氧同位素交换反应, 对合成气转化为乙醇的反应机理进行了研究。在原位捕获反应中检测到CH_2DCOOCH_3、CH_3COOCH_3和CH_2DCOOD、CH_3COOD的生成, 表明合成乙醇反应过程中存在中间体乙烯酮和乙酰基, 当CH_3OD/H_2比值足够大时主要捕获到CH_2DCOOCH_3, 说明乙酰基主要由乙烯酮的部分氢化反应生成。原位氧同位素交换反应检测到含~(18)O的乙醇、乙醛、乙酸的生成, 表明乙烯酮等C_2-含氧化合物前驱怵与重氧水发生了氧同位素交换反应。籍此, 无须如Katzer等人那样假设乙烯酮互变异构为位能较商的环氧乙烯而后进行氧同位素交换, 就可以得到Katzer等人在~(13)C~(16)O/~(13)C~(18)O+H_2反应中观察到的产物乙醇的同位素组成结果。本文的实验结果进一步说明我们提出的“CO缔合—卡宾—乙烯酮—乙酰基—乙醇(醛)”机理是合理的。     

铑基催化剂上CO+H2合成乙醇的原位漫反射红外光谱研究

采用原位漫反射红外光谱法研究高温高压下CO H2在Rh-Mn-Li/SiO2催化剂上合成乙醇的反应中间体和反应机理,结果显示:2 922 cm-1,2855 cm-1两峰主要是由乙醇合成前体卡宾H2C=M的振动造成的;250℃,3.4 MPa时卡宾能在催化剂表面快速大量形成,反应后吹扫实验显示卡宾在催化剂表面的吸附并不相同,部分吸附较弱易脱附;部分吸附较强,在催化剂表面以相当稳定的形态存在,难以脱附;因此可能存在部分惰性卡宾,其不参与反应却占据了催化剂的部分表面,降低了催化剂的反应活性.250℃时,压力从0.5 MPa升高到3.0 MPa时,产物中CO2和CH4的含量降低,而乙醇的含量增加;反映出压力是影响反应产物分布的重要因素,压力提高能增大乙醇在产物中含量;同时也揭示出在该催化剂上CO2、CH4的生成路径与乙醇的生成路径存在着竞争性,压力是影响反应路径选择的重要因素.实验结果还表明卡宾的形成不是合成乙醇的速控步骤,而乙酰基能否大量形成则决定着乙醇产生的快慢.经过红外光谱分析后认为"CO缔合-卡宾-乙烯酮-乙酰基-乙醇"应是Rh基催化剂上合成乙醇较为合理的机理.     

用同位素研究合成气制乙醇的反应机理

用D_2~(18)O在Rh-TiO_2/SiO_2催化剂上进行了原位化学截取反应及原位~(18)O同位素交换反应,所得产物中含有氘代乙酸,表明乙烯酮是一种反应中间体;产物中有含~(18)O的乙醇、乙醛、乙酸,表明乙烯酮等C_2含氧前驱中间体与重氧水发生了~(18)O同位素交换反应。按照乙烯酮与水进行同位素交换的模式,只要进行2～3次的交换,就可以解释Katzer等用~(13)C~(16)O/~(12)C~(18)O与H_2反应观察到的产物乙醇的同位素杂组结果,而无须假设乙烯酮异构成能量较高的环氧乙烯然后进行同位素交换,使乙烯酮机理更合理。再次肯定了我们提出的“CO缔合-卡宾-乙烯酮-乙酰基-乙醇(醛)”的机理。     

有机钼、钨化合物研究 ⅩⅢ六羰基钼、钨体系催化炔烃聚合及其聚合物的性质

本文首次报导M(CO)_6 CX_4(M=Mo,W;X=Cl,Br)和AlCl_3(无水)组成的体系,在光照下对各种取代炔烃的聚合催化作用.发现AlCl_3能明显地提高M(CO)_6 CX_4 hv体系的催化活性.研究了不同聚合条件对聚合反应的影响,提出和讨论了该体系催化炔烃聚合反应的机理:金属卡宾活性中心的产生、金属卡宾稳定化,催化炔烃歧化聚合反应,以及最佳聚合条件.     

亮点介绍

<正>为什么Cu(I)催化剂比Rh(II)催化剂更适用于不对称的O—H插入反应?金属卡宾对水的O—H键插入反应的机理研究J.Am.Chem.Soc.2009,131,17783～17785金属卡宾对O—H键插入反应是一类高效构建α-氧取代羰基化合物的方法.如何实现催化的高对映选择性     

钯催化卡宾对Si—Si键和Sn—Sn键的插入反应

<正>J.Am.Chem.Soc.2015,137,12800~12803过渡金属催化卡宾对σ键的插入是一类非常重要的化学转化.经典的σ键的插入反应是卡宾对X—H键(X=C,N,O等)的插入.这类插入反应一般需要铑或者铜盐作为催化剂.这些反应通常是先形成活性的金属卡宾物种,然后缺电子的卡宾碳与X—H键经历协同或分步的过程完成σ键的插入.而卡宾对于更加普遍的σ键的插入则十分罕见,这种插入反应需要经过分步的机理过程.之前北京大学化学与分子工程学院王剑波课题组报道了一例一价铑催化的卡宾对碳碳σ键的形式上的插入反应(J.Am.Chem.Soc.2014,136,3013~3015).最近他们进一步设计一类新的催化     

含烯烃配体的过渡金属卡宾配合物的研究——Ⅶ.反式降冰片二烯三羰基[乙氧基(芳基)卡宾]钼配合物的红外光谱研究

烯烃-金属-卡宾配合物的合成在文献中只有少数几个例子,而它们的详细光谱研究未见报道.我们以降冰片二烯四羰基钼,C_7 H_8 Mo(CO)_4 (1),为原料,在低温下与芳基锂反应,随后用 Et_3 OBF_4 在冰水中烷基化,得到组成为 C_7 H_8 (CO)_3 MoC(OC_2 H_5)Ar 的新型卡宾配合物2—6(Ar=C_6 H_5,2;o-CH_3 C_6 H_4,3;m-CH_3 C_6 H_4,4;p-CH_3 C_6 H_4,5;p-CH_3 OC_6 H_4,6).与文献中报道的含单烯配体的金属卡宾配合物不同,2—6含有一个孤立的双烯配体.我们对这类新型的烯烃-卡宾配合物的红外光谱进行了详细的研究,以便对这类化合物的结构和键的性     

“陈试剂”作为三氟甲基源机理的理论研究

FSO₂CF₂CO₂Me (MFSDA)是陈庆云院士课题组于1989年开发的一种十分有效的三氟甲基化试剂,在学术界和工业界有着广泛地应用,是我国有机氟化学领域早期最重要的研究成果之一,该试剂也被命名为“陈试剂”.此研究采用密度泛函理论(DFT)方法研究了碘化亚铜介导“陈试剂”形成三氟甲基亚铜的反应机理.计算结果揭示了反应中碘化亚铜催化剂的双重作用:一方面碘负离子通过进攻“陈试剂”中具有亲电性的甲基启动反应;另一方面一价铜阳离子络合物捕获原位生成二氟卡宾形成二氟卡宾亚铜中间体.发现与过去普遍假设的机理不同,(1)关键的脱羧过程并不需要一价铜阳离子参与,(2)三氟甲基是通过二氟卡宾亚铜中间体与氟离子络合后形成,而非二氟卡宾直接捕获氟离子.研究结果丰富了对“陈试剂”形成三氟甲基源的认识,为进一步开发基于“陈试剂”的新反应提供了理论依据.     

抑菌型Fischer卡宾类一氧化碳缓释分子

过渡金属羰基化合物类一氧化碳释放分子(CORMs)的设计是当下无机化学、生物医学、材料化学等多学科交叉的热点.针对现有先导结构传输效率低、水溶性差的关键问题,发展了一类离子型Fischer卡宾类CORM先导结构([(CO)_5ML]~-)的化合物Fc-CORMs,其中五羰基卡宾阴离子单元可水解缓释一氧化碳,季铵盐阳离子有效调节CORM水溶性.肌红蛋白测试表明,每分子Fc-CORM可以在体外生理环境下至少缓释两分子CO.动力学分析显示,Fc-CORM释放速度取决于中心金属的种类,Fc-CORM-Mo(2a~2e)释放速度大于Fc-CORM-Cr(1a~1e),且远大于Fc-CORM-W(3a~3e).抗菌实验发现,中速释放分子1b可有效抑制大肠杆菌,其MIC为30μmol/L.对于具有耐药性的细菌,Fc-CORM-Mo(2b)和Fc-CORM-W(3b)表现出一定抗菌活性.机理研究证明,Fc-CORMs的抗菌活性取决于其释放CO的速度.     

氯代卡宾与羰基化合物反应的研究——取代基的电子效应和底物的芳构化对脱氧反应的影响

氯溴卡宾与系列取代苯甲醛作用均产生CO(即羰基脱氧产物),取代基的电子效应直接影响CO的产率.捕获反应证实,该反应经历0°,0°型羰基叶立德中间体阶段.氟氯(溴)卡宾与四苯基环戊二烯酮(TPCP)反应除得到高产率的CO外,还生成偕氟卤环戊二烯(8)、双键加成物(9)及其重排产物(10).该类反应以脱CO途径为主,这可能是由于中间体羰基叶立德内部存在着"推-拉"稳定效应和不利于分子内电环化和分子间1,3-偶极加成的0°,90°型构象.本文讨论了这两类反应的微观作用机制.     

铑催化合成气转化为乙醇反应中甲酰基中间体的化学捕获

本文采用化学捕获法对铑基催化剂上合成气转化反应中的甲酰基中间体进行了化学捕获,在CO+2D_2反应后,用CH_3I进行的化学捕获反应中生成了CH_3CHO、CH_3CDO两种形式的乙醛;补充的Ar吹扫实验显示DCO的甲基化反应对生成的CH_3CDO有重要贡献。因此,甲酰基的确是合成气反应中的C_1含氧中间体。根据这一结果,初步探讨了合成气反应中CH_x物种的生成途径。     

改善Rh基催化剂上CO加氢生成C2含氧化物性能的本质及途径

 从CO加氢反应的热力学出发,分析了C2含氧化合物生成反应的途径和机理,阐述了改善Rh基催化剂上生成C2含氧化合物性能的本质以及实现的途径. 结果显示,相对于CO加氢生成烃类的反应,乙醇、乙醛和乙酸等C2含氧化合物的生成在热力学上是极为不利的; 最重要、最有效的提高C2含氧化合物生成活性的手段是开发具有高选择性的催化剂. 通过对浸渍方法和还原条件的选择,适当地抑制了Rh-Mn-Li-Fe/SiO2催化剂加氢活性,最终改善了催化剂的加氢性能,使得甲烷选择性降至6.3%, 而生成C2含氧化合物的选择性达到91.6%, 且保持有较高的时空收率.     

合成气制C2含氧化合物Rh-Mn/SiO2催化剂上CO吸附的红外光谱研究

采用浸渍法制备了一系列不同Mn含量的Rh-xMn/SiO2(x为Mn/Rh=0～3)催化剂,在对催化剂进行透射电镜、X射线衍射表征和CO加氢制C2含氧化合物催化性能评价的基础上,采用红外光谱技术分别考察了50和280℃下CO在催化剂上的吸附,以及50～280℃内合成气在Rh/SiO2和Rh-0.5Mn/SiO2催化剂上...     

助剂促进的Rh-Fe/Al_2O_3催化剂上CO加氢制乙醇反应性能

考察了Fe,Rh载量以及助剂对Rh-Fe/Al2O3催化剂上合成气制乙醇反应性能的影响.结果表明,随着Fe载量的增加,甲醇选择性持续上升伴随着甲烷选择性的持续下降,而乙醇选择性有最优值.助剂的添加或多或少促进了甲醇耦合、CO插入和解离的活性,或抑制了催化剂加氢能力,使得乙醇选择性有所上升,甲醇选择性有所下降,而烃类选择性变化不大.随着CO加氢反应的进行,Rh-Fe/Al2O3催化剂上烃类选择性逐渐下降,但甲醇的生成活性逐渐上升,而乙醇选择性和生成活性逐渐下降;然而,助剂的添加并未提高催化剂的稳定性.这可能是由于在反应过程中Fe物种逐渐被合成气还原使得乙醇生成活性位数量逐渐减少所致.     

碳纤维负载Rh-Mn紧密接触的催化剂及其合成气制乙醇催化性能

Rh-Mn-based catalysts are promising for ethanol synthesis from syngas. In this work, a carbon fiber (CF)-supported Rh-Mn catalyst, with highly dispersed Rh and close contact Rh-Mn species, has been prepared by a new in situ polymerization route using citric acid and ethylene glycol interaction. The structure and physicochemical properties of both the calcined and reduced samples have been characterized by TPR, XRD, TEM, EDS, CO-TPD, H₂ chemisorption, and XPS techniques and the catalytic performance for ethanol synthesis from syngas has been evaluated. The results show that the new method is beneficial in forming close contact Rh-Mn species than that obtained with the conventional impregnation method. This can enhance the dispersion and sintering resistance of Rh and effectively improve the activity of CO hydrogenation and the selectivity to ethanol in ethanol synthesis from syngas.     

INFLUENCE OF VOCl_2-ADDITIVE IN Rh CATALYST ON CO HYDROGENATION

The influence of VOCl2 additive in the supported Rh catalysts derived from both Rh2 (CO )4 Cl2 and RhCl3 on CO hydrogenation was investigated. The VOCl2 additive as a promoter can effectively enhance the CO conversion and catalytic selectivity to ethanol. This effect is caused by the interaction of Rh with vanadium promoter. It is found that the Rh centers on which the gem- adsorbed CO could be formed are main active sites. The Rh2(CO)4Cl2 complex is better than the RhCl3 salt as the precursor of the Rh catalyst for the CO hydrogenation to ethanol.     

H2-induced CO adsorption and dissociation over Co/Al2O3 catalyst

The activation of adsorbed CO is an important step in CO hydrogenation. The results from TPSR of pre-adsorbed CO with H2 and syngas suggested that the presence of H2 increased the amount of CO adsorption and accelerated CO dissocia-tion. The H2 was adsorbed first, and activated to form H* over metal sites, then reacted with carbonaceous species. The oxygen species for CO2 formation in the presence of hydrogen was mostly OH*, which reacted with adsorbed CO subsequently via CO*+OH* → CO2*+H*; however, the direct CO dissociation was not excluded in CO hydrogenation. The dissociation of C-O bond in the presence of H2 proceeded by a concerted mechanism, which assisted the Boudourd reaction of adsorbed CO onthe surface via CO*+2H* → CH*+OH*. The formation of the surface species (CH) from adsorbed CO proceeded as indicated with the participation of surface hydrogen, was favored in the initial step of the Fischer-Tropsch synthesis.     

合成气制乙醇的铑基催化剂中助剂铁,锂的作用本质研究

催化活性测试表明,助剂Fe具有显著提高乙醇生成选择性及铑催化活性的双重作用;助剂Li具有显著提高乙醇选择性的作用,对铑催化活性影响不大。基于H_2/D_2同位素效应结果及CO化学吸附、IR、XRD、XPS等的表征结果,认为助剂Fe经活化处理后大部分与Rh形成RhFe合金,使Rh分散度显著提高,从而提高了乙醇的选择性;Rh分散度的提高以及小部分以Fe~(2+)(Fe~(3+))形式存在的助剂Fe促进甲酰基的生成及随后的氢解断C-O键反应是助剂Fe促使铑催化活性提高的两个因素。Li的主要作用在于通过与C_2含氧中间体乙烯酮氧端的弱亲合作用,促进了乙醇前驱体的生成,从而使乙醇生成选择性提高。     

CO氢化合成乙醇反应的过渡应答研究——Ⅱ. 改性Rh/Al2O3催化剂上的反应动力学研究

本文用过渡应答技术研究CO在改性Rh/Al_2O_3催化剂上常压氢化合成乙醇的表面反应机理。结果表明: 1. 在Rh/Al_2O_3催化剂中添加K元素能显著地增加合成乙醇反应的活性和选择性; 2. 乙醇的生成取决于表面上相邻两个含氧中间体的密度而与气相中的H_2或CO浓度无关。反应倾向于ANDERSON的缩聚机理。在此反应机理的基础上, 由应答曲线的数据, 根据MARQUARDT非线性优化技术以及RUNG-KUTTA-GILL数值积分法计算了所有基元步骤的反应速率常数。     

In-Situ FT-IR Investigation Methane to Syngas over of Partial Oxidation of Rh/SiO2 Catalyst

Partial oxidation of methane to syngas （POM） over Rh/SiO2 catalyst was investigated using in-situ FT-IR. When methane interacted with 1.0wt%Rh/SiO2 catalyst, it was dissociated to adsorbed hydrogen and CHx species. The adsorbed hydrogen atoms were transferred to SiO2 surface by ＂spill-over＂ and reacted with lattice oxygen to form surface -OH species. POM mechanism was investigated over Rh/SiO2 catalyst using in-situ FT-IR. It was found that CO2 was formed before CO could be detected when CH4 and O2 were introduced over the preoxidized Rh/SiO2 catalyst, whereas CO was detected before CO2 was formed over the prereduced Rh/SiO2 catalyst.