杂多酸催化研究新进展

杂多酸催化剂泛指杂多酸及其盐 ,是一类由中心原子 (即杂原子 ,如 P、 Si等 )和配位原子 (即多原子 ,如 Mo、 W等 )通过氧原子桥联方式进行空间组合的多氧簇金属配合物 (polyoxometalate) ,作为催化材料广泛应用于均相与多相催化反应体系 .近年来 ,杂多酸在催化领域中受到越来越多关注 ,主要原因是 :1 .随着石油化工与精细化工的发展 ,催化材料的多功能性成为研究的新目标 .杂多酸是一种酸碱性与氧化还原性兼具的双功能型催化剂 ,对于新催化过程的研究具有重要意义 ;2 .随着分子“剪裁”技术的迅速兴起 ,新型催化材料层出不穷 .杂多酸的阴…     

磷钼钒杂多酸在苯直接羟化反应中的催化作用—H2O2活化机理的探讨

磷铝钒杂多酸(H_(3+n)PMo_(12-n)V_nO_(40))+H_2O_2体系在苯直接羟化反应中的催化行为和众所周知的Fenton试剂(Fe~(++)+H_2O_2)完全不同。酚是羟化的唯一产物; H_2O_2分解动力学曲线呈“S”型。电子光谱数据表明, H_2O_2分解过程形成两种中间络合物。以此为依据, 提出了磷钼钒杂多酸对H_2O_2活化和苯羟化的反应机理, 认为杂多酸阴离子上的钒离子先和H_2O_2形成过渡的金属过酸型络合物, 然后再按自催化机理转化成金属过氧络合物, 后者在反应中起活化H_2O_2和羟化苯的活性种作用。按此反应机理所得的动力学公式可以对实验结果作出比较合理的解释。     

磷钼钒杂多酸在苯直接羟化反应中的催化作用—H_2O_2活化机理的探讨

磷铝钒杂多酸(H_(3+n)PMo_(12-n)V_nO_(40))+H_2O_2体系在苯直接羟化反应中的催化行为和众所周知的Fenton试剂(Fe~(++)+H_2O_2)完全不同。酚是羟化的唯一产物;H_2O_2分解动力学曲线呈“S”型。电子光谱数据表明,H_2O_2分解过程形成两种中间络合物。以此为依据,提出了磷钼钒杂多酸对H_2O_2活化和苯羟化的反应机理,认为杂多酸阴离子上的钒离子先和H_2O_2形成过渡的金属过酸型络合物,然后再按自催化机理转化成金属过氧络合物,后者在反应中起活化H_2O_2和羟化苯的活性种作用。按此反应机理所得的动力学公式可以对实验结果作出比较合理的解释。     

MCM-41负载型过氧磷钨杂多酸季胺盐催化剂的制备和结构性能的考察

合成了以MCM-41为载体的过氧磷钨杂多酸季胺盐系列催化剂,并用XRD,FTIR,BET等方法测定了催化剂的体表结构.发现不同晶化时间合成的MCM-41具有不同的孔结构和比表面,负载过氧磷钨杂多酸季胺盐以后的催化剂对18醇催化氧化成18酸表现了不同的催化性能,与无载体的过氧磷钨杂多酸季胺盐催化剂相比显示了更高的活性和选择性.     

2∶18磷钼杂多酸(盐)在H_2O_2分解反应中的催化作用

研究了2:18磷钼杂多酸(盐)(Dawson结构)对H_2O_2分解反应的催化行为。实验结果表明,H_6(P_2Mo_(18)O_(62))和1:12磷钼杂多酸H_3(PMo_(12)O_(40))相同,对H_2O_2分解无活性,而其盐类(Fe~(3+)、Cu~(2+))则有很好的催化活性,但对H_2O_2分解的动力学行为不同于1:12磷钼杂多酸盐,符合二级动力学反应关系式。这可能和这两种结构中抗衡阳离子所处环境不同有关。杂多酸阴离子中引入V,部份取代钼后所得实验结果与1:12磷钼钒杂多酸完全相同,表明引入的钒离子在两种结构中不仅有相同的环境而且是催化剂的活性种。     

钨钼钒硅杂多酸盐的合成

Keggin结构的杂多酸及其盐已广泛地应用于催化、比色分析、生化等领域,因此新型杂多酸,特别是高电荷、易还原的含钒混合齿顶杂多酸,及其盐的合成和性质的研究就成了引人注目的课题。含两种齿顶原子的杂多酸已见报道,含杂原子为硅的三种齿顶原子的杂多酸及其盐尚未见报道。本文报道了两个新的三种齿顶原子的杂多酸TBA盐(四丁基铵盐),其     

钒钼协同作用下杂多酸催化阻聚甲基丙烯酸甲酯

利用一锅法制备了Dawson型钨磷酸和钼钒磷酸,并用红外光谱和X-射线衍射表征了其结构.采用沸腾法研究了合成的杂多酸对甲基丙烯酸甲酯(MMA)的催化阻聚性能,考察了杂多酸结构、杂多酸用量和反应温度等因素对MMA本体聚合反应的影响.结果表明:钒钼元素在杂多酸催化阻聚MMA的反应中具有明显的协同作用,而且,杂多酸对MMA的催化阻聚作用随钒原子数的增加而增强,杂多酸的用量和反应温度对MMA自聚反应的速率影响较大.在过氧化苯甲酰(BPO)为0.04 g,MMA为10 mL,H9P2Mo15V3O62质量为MMA的0.06%,反应温度为101.2℃或H9P2Mo15V3O62质量为MMA的0.03%,反应温度为89.4℃时,MMA自聚反应被抑制.与传统和常用酚阻聚剂相比,Dawson型钼钒磷酸具有阻聚效果好、后处理简单、无腐蚀和污染问题等优点,能够作为MMA的阻聚剂使用.     

Na_2S_2O_3与过氧化合物之间的非线性化学反应研究

研究了Na_2S_2O_3与过氧化合物(H_2O_2和Na_2S_2O_8)的反应在batch和CSTR中的动力学情况,发现无催化剂时在CSTR中Na_2S_2O_3被H_2O_2和Na_2S_2O_8氧化有稳态振荡出现,在Na_2S_2O_3-H_2O_2-H_2SO_4反应体系中振荡范围外高低流速体系稳定定态(Pt电位和pH)皆处在振荡反应同一极值状态边,Cu~(2+)催化反应中有可分离的催化振荡过程和无催化振荡过程.在实验的基础上提出3个阶段反应机制:氢离子正反馈反应、负反馈反应(非催化负反馈和催化负反馈)及过渡反应,可合理解释硫代硫酸钠被过氧化合物氧化过程中出现的非线性化学现象.     

固体杂多酸盐催化性能的研究Ⅱ．磷钨、硅钨杂多酸的合成、表征和在叔丁醇脱水反应中的催化性能

合成了Ｈ３－ｘＣｓｘＰＷ（ｘ＝０～３），Ｈ４－ｘＣｓｘＳｉＷ（ｘ＝０～４）两系列杂多酸铯盐，以Ｈａｍｍｅｔ指示剂法及ＮＨ３－ＴＰＤ研究了它们的酸性质，用ＢＥＴ法测定了其表面积，并在叔丁醇脱水生成异丁烯的反应中考察了杂多酸铯盐的催化性能，其催化活性高于文献报导的其它杂多化合物在相同条件下的活性，并对该反应作了动力学分析，求得了有关参数，发现杂多酸铯盐的催化活性仅与它们的酸性质有关，与表面积无关，属于拟液相反应。     

钨(钼)过氧酸双季铵盐的合成和催化H_2O_2氧化醇类的反应

设计合成了3种新型的钼、钨过氧配合物的双季铵盐PhCH2N(CH2)6NCH2Ph[W(O2)4].2H2O、PhCH2N(CH2)6NCH2Ph[WO(O2)2(C2O4)]和PhCH2N(CH2)6NCH2Ph[MoO(O2)2(C2O4)]。并利用元素分析、红外光谱、激光拉曼光谱测试技术对其进行了表征,研究了它们在无有机溶剂、无卤素、无相转移催化剂的清洁条件下催化30%稀H2O2氧化苯甲醇、环己醇分别生成苯甲醛(苯甲酸)和环己酮的反应。实验结果表明,在温和条件下,钨过氧配合物的双季铵盐对上述反应有很好的催化作用。而含钼过氧配合物的双季铵盐的催化活性相对较弱。其中,苯甲酸、苯甲醛、环己酮的最高产率可分别达到93.0%、93.6%和91.7%。     

相转移催化法实现聚苯乙烯的功能化转变

以对羟基苯甲醛的钠盐为亲核取代试剂,采用相转移催化进行了大分子氯甲基聚苯乙烯的亲核取代反应,将其转变为侧链带有功能性基团醛基的聚苯乙烯;考察了反应条件(如有机溶剂的极性、催化剂种类及用量、有机相与水相之比等)对大分子相转移催化反应的影响,并根据相转移催化反应机理与相关的动力学规律进行了分析.结果表明,通过相转移催化亲核取代反应,可将氯甲基聚苯乙烯大分子链上的氯原子转化,制得侧链带有醛基的聚苯乙烯;溶剂的极性越强,负离子的反应活性也越高;催化剂季铵正离子的亲脂性越强,相转移催化反应的速率越快.当催化剂浓度较低时,四丁基溴化铵比十六烷基溴化铵的催化效果好;当催化剂浓度较高时,十六烷基溴化铵比四丁基溴化铵的催化效果好.另外,有机相与水相之比对相转移催化反应有较大的影响.     

温控配体与液／液两相催化

 以作者近年的研究工作为主，对液／液两相催化研究领域取得的进展做一综述．着重介绍了以温控配体为基础的新型液／液两相催化过程温控相转移催化（thermoregulatedphasetransfercatalysis，TRPTC）和温控相分离催化（thermoregulatedphase－separablecatalysis，TPSC）的基本原理及其在高碳烯烃氢甲酰化、芳香硝基化合物的CO选择性还原及烯烃加氢等反应中的应用．基于温控配体在水中的“浊点”特性而提出的温控相转移催化概念，为从根本上解决水／有机两相催化 的适用范围受底物水溶性限制的问题提供了一条新途径．而利用温控配体在某些有机溶剂中存在临界溶解温度（CST）的特性而实现的温控相分离催化，则使在高于临界溶解温度的反应温度时为均相的反应体系，在低温（＜CST）时则分成两相，催化剂自成一相，形成一种具有“均相反应、两相分离”特色的液／液两相催化新体系．     

杂多酸光催化降解有机污染物

本文综述了杂多酸对有机污染物的光催化降解,包括自身光致催化作用,半导体协同光催化作用,H₂O₂存在下的类Fenton反应和超声辅助催化作用。杂多酸与有机物反应的机理主要是电子-空穴对的产生和·OH等自由基的生成。概述了杂多酸的结构类型和杂多酸光催化作用的优点和局限性,提出利用掺杂调变杂多酸的晶体结构,降低其能带宽度,提高光催化作用反应的量子效率;探索杂多酸与其它电子受体的组合,特别是与具有可见光活性的物质的组合,以扩大光响应范围,实现可见光催化反应。     

2020 Roadmap on two-dimensional nanomaterials for environmental catalysis

This roadmap demonstrates a series of two-dimensional nanomaterials, such as graphene, black phosphorus, oxides, layered double hydroxides, chalcogenides, bismuth-based layered compounds, MXenes, metal organic frameworks, covalent organic frameworks, and others, for environmental catalysis.     

金/钯双金属纳米颗粒协同催化酰胺和醇间氢自转移反应中路易斯酸驱动反应路径

金属纳米颗粒,特别是金和它的双金属纳米颗粒作为强大的绿色催化剂广泛用于有机合成反应中。在一个反应体系中使用2个不同催化剂(如协同催化),在均相催化中是一个很好的策略。然而,这种方法仍在发展中。最近我们发现,金/钯双金属纳米颗粒与路易斯酸的协同催化体系可用于伯胺的N-烷基化：即酰胺与醇之间的氢自转移反应。我们详细报道了路易斯酸对该氢自转移反应的影响。结果表明,所选的路易斯酸不仅影响生成目标产物的反应路径,而且影响生成多个中间体和副产物的反应路径。弱的路易斯酸,如三氟甲磺酸碱土金属盐,非常适合酰胺的N-烷基化反应。     

2020 Roadmap on two-dimensional nanomaterials for environmental catalysis

Environmental catalysis has drawn a great deal of attention due to its clean ways to produce useful chemicals or carry out some chemical processes. Photocatalysis and electrocatalysis play important roles in these fields. They can decompose and remove organic pollutants from the aqueous environment, and prepare some fine chemicals. Moreover, they also can carry out some important reactions, such as O₂ reduction reaction (ORR), O₂ evolution reaction (OER), H₂ evolution reaction (HER), CO₂ reduction reaction (CO₂RR), and N₂ fixation (NRR). For catalytic reactions, it is the key to develop high-performance catalysts to meet the demand for targeted reactions. In recent years, two-dimensional (2D) materials have attracted great interest in environmental catalysis due to their unique layered structures, which offer us to make use of their electronic and structural characteristics. Great progress has been made so far, including graphene, black phosphorus, oxides, layered double hydroxides (LDHs), chalcogenides, bismuth-based layered compounds, MXenes, metal organic frameworks (MOFs), covalent organic frameworks (COFs), and others. This content drives us to invite many famous groups in these fields to write the roadmap on two-dimensional nanomaterials for environmental catalysis. We hope that this roadmap can give the useful guidance to researchers in future researches, and provide the research directions.     

Advances in Copper‐Catalyzed C?C Coupling Reactions and Related Domino Reactions Based on Active Methylene Compounds

Active methylene compounds are a major class of reaction partners for C? C bond formation with sp² C? X (X=halide) fragments. As one of the most‐classical versions of the Ullmann‐type coupling reaction, activated‐methylene‐based C? C coupling reactions have been efficiently employed in a large number of syntheses. Although this type of reaction has long relied on noble‐metal catalysis, the renaissance of copper catalysis at the end of last century has led to dramatic developments in Ullmann C? C coupling reactions. Owing to its low cost, abundance, as well as excellent catalytic activity, the exceptional atom economy of copper catalysis is gaining widespread attention in various organic synthesis. This review summarizes the advances in copper‐catalyzed intermolecular and intramolecular C? C coupling reactions that use activated methylene species as well as in tandem reactions that are initiated by this transformation.     

介孔分子筛MCM-41的修饰及在非均相催化有机合成中的应用

以反应类型分类综述了近年来介孔分子筛MCM-41的修饰及在非均相催化有机合成, 特别是在手性不对称合成、烯烃环氧化等领域的研究进展, 并对其发展趋势进行了展望.     

Super Brønsted acid catalysis

Br?nsted acid catalysis has emerged as a new class of catalysis in modern organic synthesis. However, in order to make the utility of the Br?nsted acid catalysis as broad as the well-developed Lewis acid catalysis, it is desirable to develop Br?nsted acids demonstrating both high reactivities and selectivities. In this feature article, we will present our achievement in the design and development of strong Br?nsted acids and their application to organic reactions. Furthermore, we will describe the Tf(2)NH-catalyzed Mukaiyama aldol reaction of super silyl enol ethers. We also will highlight the differences in reactivity and chemo- and stereo-selectivity between Br?nsted and Lewis acid catalysis.     

Visible‐Light‐Induced Photoredox Catalysis of Dye‐Sensitized Titanium Dioxide: Selective Aerobic Oxidation of Organic Sulfides

TiO₂ photoredox catalysis has recently attracted much interest for use in performing challenging organic transformations under mild reaction conditions. However, the reaction scheme is hampered by the fact that TiO₂ can only be excited by UV light of wavelengths λ shorter than 385 nm. One promising strategy to overcome this issue is to anchor an organic, preferably metal‐free dye onto the surface of TiO₂. Importantly, we observed that the introduction of a catalytic amount of the redox mediator TEMPO [(2,2,6,6‐tetramethylpiperidin‐1‐yl)oxyl] ensured the stability of the anchored dye, alizarin red S, thereby resulting in the selective oxidation of organic sulfides with O₂. This result affirms the essential role of the redox mediator in enabling the organic transformations by visible‐light photoredox catalysis.