均相Cr系催化剂催化乙烯选择性齐聚反应机理研究进展

线性α-烯烃是一类重要的化工原料,均相Cr系催化剂催化乙烯选择性齐聚制备特定的α-烯烃是近年来得到迅速发展的一个重要的研究方向,其中催化反应机理的研究对新型高效催化剂的研发具有重要的指导作用.综述了示踪原子、预制催化剂前驱体、EPR-XAS、密度泛函理论(DFT)计算等方法在乙烯选择性齐聚的反应路径和金属中心价态研究中的应用,总结了该催化反应机理研究中取得的最新成果,从方法学角度对各位学者的研究进行了比较与讨论,并在此基础上提出了双核Cr金属环机理研究的新观点,对进一步的研究方向进行了展望.     

用于乙烯齐聚高选择性制 1-辛烯反应的Cr(Ⅲ)基催化剂体系

将四元催化剂体系(乙酰丙酮铬-膦胺型配体-助催化剂甲基铝氧烷-促进剂六氯乙烷)用于乙烯齐聚制1-辛烯反应,考察了促进剂、助催化剂、Al/Cr摩尔比、反应温度和反应压力等对催化剂的活性和1-辛烯的选择性的影响.结果表明,该四元催化剂体系比三元催化剂体系(铬化合物-膦胺型配体-甲基铝氧烷)对乙烯齐聚反应具有更高的1-辛烯选择性.产物除有1-辛烯外,还有较大量的1-己烯、甲基环戊烷和亚甲基环戊烷.甲基铝氧烷是高选择性生成1-辛烯必不可少的助催化剂.作为促进剂的六氯乙烷可以使乙酰丙酮铬更有利于催化乙烯齐聚反应生成1-辛烯.     

基于5-氨基邻甲酚的膦配体的合成及在乙烯齐聚中的应用

以5-氨基邻甲酚与二苯基氯化膦为原料,通过取代反应合成了一种含有PNP和P—O结构的膦配体并确定了其结构.通过与Cr(acac)_3原位生成以及与Cr Cl3(THF)_3预制的方法制成配合物作为主催化剂,以甲基铝氧烷(MAO)为助催化剂,形成催化体系用于催化乙烯齐聚反应,考察了溶剂种类、反应温度、反应压力及Al/Cr摩尔比对该催化剂的活性和选择性的影响,并与原位生成的邻位和对位氨基酚类膦配体催化体系催化乙烯齐聚反应效果进行了对比.试验结果表明,以环己烷为溶剂,MAO为助催化剂,当反应温度为50℃、反应压力为2.5 MPa、Al/Cr摩尔比为700的条件下,该催化剂的活性最高达5.91×10~6 g/(mol·Cr·h),液相产物中1-辛烯选择性高达72.94%,1-己烯和1-辛烯总的选择性为82.11%.     

乙烯齐聚过程生成癸烯的催化体系研究进展

癸烯作为有机合成的基础原料,是现代化工生产中不可或缺且用量逐年增加的长链烯烃之一,目前工业上还没有一条采用乙烯齐聚法直接生产癸烯的工艺路线。乙烯通过齐聚反应可以制备长链烯烃,本文针对乙烯齐聚生成癸烯的反应,详细地阐述了国内外Cr催化体系的研究现状和取得的研究成果,包括催化剂的结构对产物癸烯选择性的影响、乙烯齐聚过程中发生乙烯、己烯共聚生成癸烯的聚合反应机理等;同时阐述了用于乙烯齐聚反应的Ni催化体系的研究现状,包括催化剂的结构与癸烯选择性之间的关系,配体树枝状大分子的结构对癸烯选择性的影响等。此外,还介绍了Fe、Ti、Zr等其他催化体系在催化乙烯齐聚生成癸烯方面所取得的研究进展,目的是为开发癸烯催化剂提供理论依据。     

树状PAMAM改性纳米二氧化硅负载镍催化剂的制备及催化乙烯齐聚性能

以纳米二氧化硅为载体,树状聚酰胺-胺(PAMAM)镍络合物为催化活性中心,通过共价负载制备了一种具有良好催化活性和循环利用性的PAMAM改性纳米二氧化硅负载镍催化剂(化合物G).采用元素分析、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、 X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)表征了化合物G的组成及形貌.研究了该类负载镍催化剂催化乙烯齐聚的性能,考察了齐聚条件对其性能的影响.结果表明,化合物G具有良好的催化乙烯齐聚活性和循环利用性.基于灰色关联分析得出反应压力是影响乙烯齐聚活性的最主要因素,反应温度是影响乙烯齐聚选择性的最主要因素.当以甲基铝氧烷(MAO)为助催化剂,反应压力0.7 MPa, n(Al)/n(Ni)为500,反应温度为35℃,主催化剂用量为5μmol时,化合物G催化乙烯齐聚活性为3.75×105 g/(mol Ni·h),齐聚产物中C4～C8烯烃选择性为94.98%.化合物G的树状效应使其金属负载量、催化乙烯齐聚活性和C8烯烃的选择性均高于氨基化改性纳米二氧化硅负载镍(化合物E);且化合物G经3次回收循环使用后,催化乙烯齐聚活性为3.12×105 g/(mol Ni·h),齐...     

膦胺铬和双膦铬催化乙烯选择性齐聚研究进展

乙烯选择性齐聚制备线性α-烯烃是在学术界和工业界均受到高度重视,具有目标产物选择性高、产品易分离和经济效益显著等特点。铬系配合物催化剂在催化乙烯选择性齐聚反应中综合性能较好,有良好的发展和应用前景。近年来的研究表明,配体结构对催化剂性能有重要影响;反应体系中通入H 2可以改善齐聚产物的分布并抑制低聚物的生成;开发不以甲基铝氧烷为助催化剂的催化体系可降低催化剂成本;而乙烯选择齐聚机理及金属中心氧化态对催化剂的设计有重要的指导意义。本文主要从以上几个方面介绍了膦胺铬和双膦铬配合物在催化乙烯选择性齐聚中的研究进展,分析了目前乙烯选择性四聚工业化急需解决的问题,展望了该领域未来的发展方向。     

醚类给电子体对Cr/PNP乙烯选择性齐聚体系催化反应性能的影响

采用实验和DFT计算相结合的方法,研究了4种醚类给电子体对Cr/PNP乙烯齐聚催化体系的影响.实验结果表明,C₆+C₈选择性和聚乙烯的选择性受给电子体种类影响各异.DFT计算表明,添加乙醚、甲缩醛、二噁烷和乙二醇二甲醚给电子体后,反应的速率决定步骤均从两分子乙烯氧化偶联成金属五元环转移到第四分子乙烯插入铬金属七元环.给电子体乙二醇二甲醚和甲缩醛的两个氧原子与铬中心在反应过程中发生单/双配位交替变化,其环状结构的大小和稳定性影响乙烯分子插入难易程度,从而影响反应选择性和活性.醚类给电子体对乙烯齐聚反应的影响是电子效应和位阻效应的协同作用,但位阻效应更加明显.另外,在甲基环己烷和甲苯两种溶剂下,乙烯齐聚体系能垒差小于1.5 kJ·mol^-1,在本体系中可以忽略甲基铝氧烷（MAO）中微量甲苯对反应性能的影响.     

新型树枝状PNP铬催化剂的合成及催化性能

以1.0代聚酰胺-胺(PAMAM)为配体骨架,氯代二苯基膦为原料,通过取代反应合成了1种含有较大空间位阻的新型树枝状PNP配体,再以Cr Cl3(THF)3为络合试剂,通过络合反应合成树枝状PNP铬催化剂.采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、紫外-可见分光光度计(UV-Vis)、核磁共振波谱(NMR)、电喷雾电离质谱(ESI-MS)和元素分析等手段证实合成的新型树枝状PNP配体及其铬催化剂的结构与理论设计的结构一致.以甲基铝氧烷(MAO)为助催化剂,对乙烯齐聚反应进行了研究,考察了溶剂种类、反应温度、反应压力及Al/Cr摩尔比对该催化剂活性和选择性的影响.结果表明,以甲苯为溶剂,MAO为助催化剂,当反应温度为25℃,反应压力为0.9 MPa,Al/Cr摩尔比为500时,该催化剂的活性高达2.15×105g/(mol Cr·h),催化剂对乙烯三聚、四聚反应的选择性共达到36.76%.     

树枝状吡啶亚胺铬催化剂的合成及其催化性能研究

以1. 0代聚酰胺-胺树枝状大分子为配体骨架、吡啶二甲醛为原料,合成了一种新型树枝状吡啶亚胺(DPI)配体,再以CrCl_3·6H_2O为络合试剂,制备DPI-Cr催化剂。采用IR、UV-Vis、MS、元素分析等确证了产物结构。考察溶剂种类、助催化剂种类、反应温度、乙烯压力以及Al/Cr摩尔比对DPI-Cr催化乙烯齐聚性能的影响。结果表明,DPI-Cr催化剂表现出良好的催化活性和烯烃选择性,优化反应条件下,催化效率可达4. 91×10~4g/mol Cr·h,C_6和C_8选择性为73. 90%。     

吡啶亚胺基酞菁镍系催化剂催化乙烯齐聚性能及其动力学研究

以四氨基镍酞菁、吡啶-2-甲醛和NiCl2·6H2O为原料,先后经过席夫碱反应和络合反应得到一种新型吡啶亚胺基酞菁配体及其镍系催化剂。合成产物的结构通过红外光谱(FTIR)、紫外(UV-Vis)、核磁共振氢谱(¹H-NMR)、电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)、同步热分析(TG-DSC)及电喷雾电离质谱(ESI-MS)等方法进行表征。对其催化乙烯齐聚性能进行考察,并研究了该反应的动力学。催化乙烯齐聚实验结果表明,当溶剂为环己烷、助催化剂为甲基铝氧烷(MAO)、催化剂用量为5μmol/L、齐聚压力为1.0 MPa、齐聚温度为35℃、Al/Ni摩尔比为500时,吡啶亚胺基酞菁镍系催化剂的活性可达8.82×10⁵ g/(mol Ni·h),丁烯和己烯的含量分别为58.22%和39.85%。对吡啶亚胺基酞菁镍系催化剂催化乙烯齐聚反应动力学方程进行拟合计算,结果表明该反应对催化剂摩尔浓度的反应级数为1.24,对齐聚压力的反应级数为0.95,当活性中心的浓度为5μmol/L、齐聚压力为1.0 MPa、齐聚温度为5～35℃时,该反应的表观活化能为71.4...     

乙烯选择性三聚/四聚铬系催化剂及其齐聚机理研究进展

线性α-烯烃是一类重要的有机化工原料和中间体,其下游市场包括聚乙烯、合成润滑油、表面活性剂等,其中C4~C8 组分的消费量占全球线性α-烯烃消费量的一半以上。采用1-己烯和1-辛烯作为共聚单体生产的线性低密度聚乙烯（LLDPE）和高密度聚乙烯（HDPE）产品具有优异的性能,被广泛用于薄膜、管材等领域。为了提高原子经济性,学术界和工业界一直致力于乙烯选择性三聚/四聚催化剂的设计与开发,而铬系催化剂是其中研究最广泛、最深入的体系。本文从配体、铬源、助催化剂、反应条件等方面综述了典型的铬系乙烯选择性三聚/四聚催化体系,包括雪佛龙菲利普斯乙烯三聚催化体系,Cr/PNP催化体系,以及其他N、P、Si配体等催化体系。在本文第二部分综述了乙烯选择性齐聚的相关机理提案,包括经典的Cossee-Arlman机理、单核金属环机理、双核金属环机理、双配位机理、及其他机理提案。     

SIMULATION MODELING ON THE COORDINATION MECHANISM OF ETHYLENE MONOMER ON VARIOUS PREREDUCED Cr(Ⅱ)O_x/SiO_2 PHILLIPS POLYETHYLENE MODEL CATALYSTS

As one of the most important catalysts in polyethylene industry,Phillips catalyst(CrO_x/SiO_2)was quite unique for its activation by ethylene monomer without using any activator like alkyl-aluminium or MAO.In this work,the density functional theory(DFT)calculation combined with paired interacting orbitals(PIO)method was applied for the theoretical studies on coordination reaction mechanism between ethylene monomer and two model catalysts namely Cr(Ⅱ)(OH)_2(M1) and silsesquioxane-supported Cr(Ⅱ)(M2)as sur...     

Effects of halide in homogeneous Cr(III)/PNP/MAO catalytic systems for ethylene tetramerization toward 1-octene

In homogeneous Cr(III)/methylaluminoxane/cyclopentyl-bisphosphineamine (PNP)/halide ethylene tetramerization catalyst systems, the effects of halide on the 1-octene formation selectivity and the catalytic activity were investigated. The comparative studies showed that both 1-octene formation selectivity and catalytic activity of the four-member catalytic systems containing dichloromethane were higher than those of containing trichloromethane and tetrachoromethane. 1,1,2-Trichloroethane showed much higher 1-octene formation selectivity improvement than 1,1,1-trichloroethane. The improvement of chloride on 1-octene formation selectivity and catalytic activity was much better than that of a corresponding bromide. So we can draw a conclusion that the steric hindrance, the molecular stability, the halides group configuration, and the types of the halides are important factors for ethylene tetramerization toward 1-octene. Some specific interaction modes of halogen groups with active Cr species in the catalytic cycle are proposed to explain the 1-octene selectivity improvement effects of halide in the ethylene tetramerization reaction.     

SIMULATION MODELING ON THE COORDINATION MECHANISM OF ETHYLENE MONOMER ON VARIOUS PREREDUCED Cr(II)Ox/SiO2 PHILLIPS POLYETHYLENE MODEL CATALYSTS

As one of the most important catalysts in polyethylene industry,Phillips catalyst(CrOx/SiO2) was quite unique for its activation by ethylene monomer without using any activator like alkyl-aluminium or MAO.In this Work.the density functional theory (DFT) calculation combined with paired interacting orbitals(PIO) method was applied for the theoretical studies on coordination reaction mechanism between ethylene monomer and two model catalysts namely Cr(II)(OH)2(M1) and silsesquioxane-supported Cr(II)(M2) as surface Cr(II) active site precursors on Phillips catalyst at the early stage of ethylene polymerization.Unexpected multiplicity of the coordination states of ethylene monomer on both M1 and M2 model catalysts had been first reported on a molecular level.In general,increasing the coordination numbers of ethylene.the corresponding binding energy per ethylene for all the complexes was decreased.The supporting eflfect of chromium oxide onto silica gel surface was found to be destabilizing the corresponding complexes and decreasing the multiplicity of the coordination states as well due to both electronic and steric effect.Moreover.tri-and tetra-or higher ethylene coordination states could not be possibly formed on the supported catalyst as on the Cr(II)(OH)2.The optimized complex geometries were adopted for determining the intermolecular orbital interactions.In-phase overlap orbiral interaction for all the molecular complexes indicated favorable coordination between ethylene and Cr(II)sites.The molecular orbital origin of the π-bonded Cr(II),and mono-and di-C2H4 M1 complexes had been elucidated by PIO method showing high possibility of the formation of metallacyclopropane or metallacyclopentane active sites in the subsequent initiation of polymerization stage.     

Synthesis and Functionalization of Allenes by Direct Pd‐Catalyzed Organolithium Cross‐Coupling

A palladium‐catalyzed cross‐coupling between in situ generated allenyl/propargyl‐lithium species and aryl bromides to yield highly functionalized allenes is reported. The direct and selective formation of allenic products preventing the corresponding isomeric propargylic product is accomplished by the choice of SPhos or XPhos based Pd catalysts. The methodology avoids the prior transmetalation to other transition metals or reverse approaches that required prefunctionalization of substrates with leaving groups, resulting in a fast and efficient approach for the synthesis of tri‐ and tetrasubstituted allenes. Experimental and theoretical studies on the mechanism show catalyst control of selectivity in this allene formation.     

PCNCP Ligands in the Chromium‐Catalyzed Oligomerization of Ethylene: Tri‐ versus Tetramerization

Chromium(III) complexes bearing R′N(CH₂PR₂)₂ (PCNCP) ligands have been prepared. Upon activation with methylaluminoxane, these complexes proved to be effective in the selective tri‐ and tetramerization of ethylene. The formation of either 1‐hexene or 1‐octene was found to be highly dependent on the steric bulk of the substituents R on the phosphine moieties. This observation was rationalized by using density functional theory calculations on selected steps of the metallacyclic mechanism of the ethylene oligomerization reaction.     

过渡金属铬调控光催化环化反应研究进展

如何运用更加经济、环境友好的方式制备具有生物/药理活性的化合物是有机合成、生物医药领域的重要问题。近年来发展的过渡金属催化光氧化还原反应为解决上述问题提供了契机。其中,相对于传统的钌/铱络合物催化剂,新型第一周期过渡金属铬催化剂在该领域的开发及应用备受关注。烯/炔的[2+N]环化反应是过渡金属光敏试剂催化的一个经典反应类型,通常表现出高化学、区域及立体选择性,而且产物是很多药物分子的基本结构单元,本文围绕铬调控光催化[2+N]环化反应以及机理研究进行综述,并对其中有待进一步研究的方向进行展望,希望为铬调控光催化环化反应的深入理解以及新型光氧化还原催化剂在该类反应中的发展提供启发。     

纳米Cr2O3系列催化剂上CO2氧化乙烷脱氢制乙烯反应

 采用溶胶－凝胶法和共沸蒸馏法耦合技术制备了纳米Cr2O3催化剂，并采用共沉淀法和共沸蒸馏法耦合技术制备了纳米Cr2O3／Al2O3，Cr2O3／ZrO2和Cr2O3／MgO复合催化剂．应用BET，XRD，XPS，TPR和TEM等物理化学方法对催化剂的结构和物化性质进行了表征，并考察了该系列催化剂上CO2氧化乙烷脱氢制乙烯的反应性能．结果表明，纳米Cr2O3催化剂上乙烷和CO2的转化率均明显高于常规Cr2O3催化剂，但乙烯的选择性低于常规Cr2O3催化剂；纳米复合催化剂中的复合成分显著影响催化剂的催化性能．其中，10％Cr2O3／MgO纳米复合催化剂在温度为973K时，乙烷转化率和乙烯选择性分别可达到61．54％和94．79％．纳米催化剂表面Cr的还原性以及Cr6＋／Cr3＋比值是影响乙烷转化率和乙烯选择性的重要因素．     

长春应化所金属氮碳氧还原催化剂的研究进展

氧还原反应是燃料电池的核心,开发高性能催化剂一直是燃料电池技术面临的严峻挑战. 近年来,热解M-N-C催化剂的发展和以金属有机骨架材料为前驱体的运用让非贵金属氧还原催化剂的性能大幅度提升,但催化活性位点、反应机理等方面仍不甚清晰,需要分子水平上进一步的研究. 在这里,作者总结了本课题组近些年来在氧还原方向上的研究成果,首先是对催化剂活性位点进行的相关探索,提出了新的活性位点结构,为开发新型催化剂提供了帮助,并对金属氮碳催化剂进行了细致的微观调控,探讨了最佳的合成方法;其次开发了高效的双原子Co₂N₅催化剂,并在理论计算的指导下合成出了更为高效的FeCo双原子催化剂,具备了替代铂基催化剂的性能;最后针对芬顿反应引发的稳定性问题而开发的低芬顿反应活性的单原子Cr和单原子Ru催化剂,表现出了较高的活性和稳定性,为解决催化剂实际应用问题开辟了新的研究思路与方向. 作者相信,通过对催化剂活性位点的不断认知和对新型催化剂的不断开发,终会让非贵金属催化的商业化应用成为现实.