有机氢化物可逆储氢循环中脱氢催化剂的研究进展

有机氢化物脱氢催化剂的研究是有机氢化物可逆储氢技术得以循环运用的关键. 首先对若干不同有机氢化物储氢循环中的脱氢反应机理进行了分析, 考察了采用密度泛函理论(DFT)结合研究实例对不同活性组分的脱氢性能进行分析预测的催化剂设计策略, 讨论了不同单金属及双金属催化剂的脱氢性能, 比较了不同活性金属种类及含量、不同的载体及其改性处理、不同的制备方法对催化剂电子性能、结构及其催化活性的影响. 建议采用将DFT理论预测和表面科学实验、先进的催化剂合成方法三者有机结合, 以完成优良脱氢催化剂的理性设计, 从而获得具有良好催化活性的脱氢催化剂.     

氮杂环化合物的多相催化加氢反应及其可逆脱氢反应的最新进展

功能化1, 2, 3, 4-四氢喹啉类化合物在医药、生物碱、农药和许多精细化学品的生产中作为具有生物活性的构筑单元和关键中间体,其合成越来越受到人们的关注.通过喹啉化合物的选择性加氢得到py-THQs具有高的原子效率,是一种直接和有效的方法.喹啉化合物的选择性加氢常面临以下问题和挑战:(1)喹啉类化合物的加氢反应具有较高的反应能垒,使得反应需要在苛刻的反应条件下进行;(2)加氢反应过程通常涉及多个中间体,可能会产生副产物;(3)取代喹啉类化合物如乙烯基、酮基、腈基、醛基、氨基、卤素等易还原取代基也可能发生氢化反应,导致选择性下降;(4)由于N-杂环中金属与N原子的强配位效应,催化活性位点易中毒,导致催化剂的可重用性较差.新型、高性能非均相催化剂的开发得到了不断关注,近期取得了一系列进展.氮杂环化合物的催化脱氢也是有机合成的关键步骤,所得到的不饱和氮杂环化合物是各种生物活性化合物和药物的重要合成中间体.同时,从氢气存储的角度出发,有机分子的可逆加氢/脱氢被认为是液体有机储氢系统中一个很有前途的策略.氮杂环化合物的脱氢(释放氢气)和加氢(储存氢气)相结合,构建了一个有效的液态有机氢存储体系.研制一种能够实现氮杂环化合物可逆脱氢/加氢的催化剂越来越受到人们的关注.近几十年来,功能化喹啉化合物选择性加氢高效多相催化剂的可控合成取得了重大突破,使人们能够从整体上关联结构-性能关系.本文综述了近年来该领域在催化剂合成策略、微观结构和化学特性、催化性能评价及其内在关系等方面取得的重要进展.本文首先介绍了单贵金属催化剂(Pd, Pt, Ru, Rh, Ir, Au)和双/多金属催化剂(RuCu, AuPd, PdNi)的研究现状,然后对储量丰富的廉价金属催化剂(Co, Fe, Ni, Cu)进行了综述.综合文献结论,反应介质、载体的性质、金属-载体相互作用、活性金属的电子结构、双金属或多金属协同效应、微观结构(核壳、包覆、蛋黄结构)以及纳米粒子的粒径大小对催化剂的最终催化行为起着重要作用.最后,引入氮杂环化合物的脱氢反应,形成一个可逆的加氢/脱氢体系用于液相有机氢储存系统,并对其反应机理及今后的研究方向进行了探讨.本综述将加深我们对氮杂环化合物催化转化的认识,为研究人员合理设计催化剂提供指导.     

烷烃脱氢制烯烃用碳催化剂的微结构和表面化学调控研究进展(英文)

烯烃是重要的大宗有机化工原料,广泛用于塑料、树脂、橡胶等高分子材料和基础有机化工产品和中间体的生产.同时,烯烃也是重要的精细化工原料和中间体,广泛用于染料、医药、香料、农用化学品、水性油墨和感光树脂等精细化工领域.长链烯烃通常是由小分子烯烃聚合制得,而小分子烯烃和苯乙烯的合成在学术界和工业界备受关注.在脱氢、裂解、脱水等诸多合成方法中,烷烃脱氢制烯烃是直接而中的路线,包括直接脱氢和氧化脱氢.小分子烷烃和乙苯催化脱氢制备对应的烯烃,尤其是乙苯制苯乙烯,目前工业上主要采用铁基催化剂催化直接脱氢工艺.积炭失活是该工艺面临的严峻挑战.工业上采用引入大量过热水蒸气的方法来解决这一难题,同时,还可以为脱氢反应提供热量.但是,这势必造成巨大的能耗和反应器容积效率的显著降低.氧化脱氢工艺是放热反应,并可有效抑制积炭,但又存在过氧化所致的低选择性的问题.直接脱氢和氧化脱氢各有利弊.目前,科学家和工业界都在扬长避短,开展两种脱氢工艺的新结构高性能催化剂的研究,并取得了长足进展.碳催化是近年来发展起来的一类重要的无机非金属固相催化剂,在光催化、电催化,以及热催化领域得到了广泛关注同时也是材料领域研究的前沿和热点.碳材料,尤其是纳米碳,在诸多反应中展示出了比常规金属催化剂更好的催化性能,且具有可持续的特征.因此,碳催化具有广阔的发展空间和巨大的应用前景.众所周知,固体催化剂的催化性能重要依赖于催化剂表面催化活性位的性质及其可及性.元素组成、化学状态及缺陷边角特征决定着活性位的性质,而形貌、尺寸、形状、纹理、表面结构等催化剂的微结构特征决定着固相催化剂活性位的可及性.因此,探索有效的方法和策略,来调节固相催化剂的微结构和表面化学性质,已成为催化学术研究的热点领域.碳材料的表界面和边角的官能团和结构缺陷是催化反应的活性位.对于烷烃脱氢反应,碳材料的表界面羰基和结构缺陷是催化剂的活性位,而杂原子掺杂可以调控活性位的电子结构.本文综述了烷烃脱氢用碳催化剂微结构和表面化学调控方法和效果的最新研究进展,并讨论了烷烃脱氢碳催化材料的微结构和表面化学性质调控的重要性和严峻挑战.通过碳材料合成中前驱体的优选、合成方法和策略的创新,以及通过后处理的方法,均可有效调控碳催化剂的微结构和表面化学性质,从而调控其烷烃脱氢催化性能.碳催化用于烷烃脱氢反应制烯烃,尤其是直接脱氢,前景看好.目前,研究的碳催化剂多为粉末状,用于固定床,存在流体阻力大、压力降高、操作困难的问题,并有可能阻塞床层,造成安全隐患;用于流化床,粉末碳易于团聚,催化剂过滤分离困难,流失严重.纳米碳基整体式催化剂可以是碳催化的未来发展方向.但是,目前才刚刚起步.碳基整体式催化剂活性单元本身可及活性位的性质及活性单元的分散性、抗脱落性和整体式催化剂的机械强度、导热性等诸多问题需要深入研究和探讨.总之,碳催化烷烃脱氢,尤其是无氧化剂、无水蒸气条件下的直接脱氢,是经济、节能、清洁、高效的烯烃生产方法,具有广阔的发展空间和美好前景.微结构和化学性质的调变是调控固相催化剂催化活性位性质和可接近性的重要方法,碳催化材料及整体式催化剂的碳基活性单元微结构和化学性质的调控是实现其催化性能调控的有效策略.     

Ca或Ce对PtSn/MCM-41催化剂的结构及催化丙烷脱氢性能的影响

制备了Ca或Ce改性的PtSn/MCM-41催化剂,利用XRD、N2吸附-脱附、TPR、TEM和TGA等技术对所制备的催化剂进行了表征,采用微型催化反应装置评价了其催化丙烷脱氢的性能,并分析了反应后催化剂的积炭情况。结果表明,PtSn/MCM-41催化剂中加入Ca或Ce助剂后,增强了丙烷脱氢催化性能,这不仅与助剂和活性组分之间的强烈相互作用有关,而且Ca或Ce助剂的加入会减少由于积炭而导致催化剂的失活。     

离子交换法制备Pt-Sn_E/Mg(Al)O催化剂及其烷烃催化脱氢性能

以水滑石为载体,采用离子交换法制备了Pt-Sn_E/Mg(Al)O催化剂,并对其进行了X射线衍射、N2物理吸附、透射电镜等技术表征;考察了该离子交换法制备的Pt-SnE/Mg(Al)O催化剂对乙烷和丙烷脱氢的催化性能,并与浸渍法制备的Pt-SnI/Mg(Al)O催化剂进行了比较。结果表明,利用离子交换法制备的Pt-SnE/Mg(Al)O催化剂其反应活性和稳定性明显优于浸渍法制备Pt-SnI/Mg(Al)O催化剂的。在相同条件下反应2 h后,Pt-SnE/Mg(Al)O催化剂和Pt-SnI/Mg(Al)O催化剂的乙烷催化脱氢转化率分别为12.2%和3.1%,丙烷催化脱氢转化率分别为38.7%和26.4%。     

正己醇(氧化)脱氢制正己醛的研究

制备尖晶石型复合氧化物CuAl2O4以及将其负载化,并进行正己醇制正己醛反应催化性能的评价.应用XRD及N2低温吸附等技术对其进行表征.研究结果表明,无论是在正己醇脱氢或氧化脱氢反应中,非负载型及氧化铝负载型CuAl2O4在280℃和LHSV(hexanol)=14.4mL·g-1·h-1时均有较好的催化性能.催化剂的预处理方法不同,对催化剂的氧化脱氢性能影响很大.     

PtSn/Al2O3/MCM-41催化剂的丙烷脱氢催化性能

用微型催化反应装置评价,并结合X射线粉末衍射(XRD)、表面积和孔结构测试、程序升温还原(TPR)、氢化学吸附和热重分析等方法研究了负载型PtSn/γ-Al2O3,PtSn/MCM-41和PtSn/Al2O3/MCM-41催化剂的丙烷脱氢反应催化性能.发现PtSn/Al2O3/MCM-41催化剂具有较PtSn/MCM-41催化剂高的丙烷脱氢反应活性和较PtSn/γ-Al2O3催化剂高的反应稳定性.实验结果表明,纯硅MCM-41载体表面的锡物种因与载体相互作用较弱故易被还原,导致铂金属分散度和催化剂的丙烷脱氢活性较低.用Al2O3修饰MCM-41可以增强Sn物种与Al2O3/MCM-41载体之间的相互作用,提高PtSn/Al2O3/MCM-41催化剂铂金属分散度和丙烷脱氢催化活性.并且,积炭后的PtSn/Al2O3/MCM-41催化剂具有较高的铂金属表面裸露度,故具有较高的丙烷脱氢反应稳定性.PtSn/Al2O3/MCM-41催化剂优良的丙烷脱氢催化性能町能不仅与Sn-载体Al2O3/MCM-41较强的相互作用有关,而且与Al2O3/MCM-41载体的介孔结构有关.     

乙烷脱氢制乙烯技术研究进展及趋势

在碳中和及全球能源供需版图调整的背景下,乙烯生产原料轻质化成为主流趋势。乙烷脱氢制乙烯技术具有低能耗、低碳排、流程短、收率高、成本低等优势,但目前工业上主要通过乙烷蒸汽裂解法生产乙烯,其他方法工业化生产相对不成熟。本文简述了近年来乙烷脱氢制乙烯技术(包括直接催化脱氢、O₂辅助氧化脱氢、CO₂辅助氧化脱氢、化学链氧化脱氢、催化膜反应器脱氢等)工艺及催化剂的研究现状,同时介绍了其他新兴工艺及催化剂。乙烷脱氢制乙烯技术现阶段面临的挑战不仅在于开发更高效的催化剂及更低能耗的技术,更需要突破乙烷脱氢热力学平衡的限制设计合适的反应路径,其中催化膜反应器脱氢、化学链氧化脱氢工艺都具有非常广阔的市场和工业化发展前景。     

高活性铜催化剂无受体乙醇催化脱氢制乙醛研究

相较于Wacker工艺进行乙醛工业化生产,发展多相催化体系实现乙醇直接无氧催化脱氢制乙醛和副产氢气,从生产工艺和经济价值方面无疑是一条更加安全高效的路线.在此,我们发展了一种高效、稳固的Cu/SiO₂催化剂,用于乙醇的无受体催化脱氢.通过氨蒸发法制备得到高度分散的Cu颗粒,在没有任何平衡气体的纯乙醇进料条件下,显示出超强的热稳定性.活性组分Cu和载体SiO₂之间的强相互作用,使其具有优异的催化性能.通过反应条件优化,在250℃下实现了较高的乙醇转化率(>40%)和乙醛选择性(>95%),且催化剂在固定床连续反应过程中可稳定运行超过400 h.     

Ni-V-O催化剂上丙烷氧化脱氢制丙烯的反应

考察了Ｎｉ－Ｖ－Ｏ系列催化剂对丙烷氧化脱氢反应的催化性能,结合ＸＲＤ和电导法等表征结果研究了催化剂的物相结构与仙化活性之间的关系。结果表明：同ｎ型半导体氧化物相比,ｐ型半导体具有优良的催化性能,并且丙烯的选择性与催化剂中ＮｉＯ及Ｎｉ３Ｖ２Ｏ８相的共存有关。适当控制反应条件,４５２℃时该系列催化剂可达到１８．６％的丙烷转化率和４９．９％的丙烯选择性。     

二氧化碳和丙烯直接合成甲基丙烯酸的NiPMo/TiO2催化剂的研究

用溶胶-凝胶法以磷钼酸(MPA)的镍盐溶液水解钛酸四丁酯制备了NiPMo/TiO2催化剂.使用ICP、 XRD、 TG-DTA、 IR、 TPD-MS和微反应技术研究了催化剂的化学组成、热稳定性、化学吸附性质和催化反应性能.杂多钼酸盐与TiO2通过O2-在TiO2表面发生了键合.在623 K下,杂多阴离子仍保持原有的Keggin结构.CO2在Lewis酸位Ni(Ⅱ)和Lewis碱位Ni-O-Mo的桥氧协同作用下生成CO2卧式吸附态Ni(Ⅱ)←O-(CO)←(O--Ni).丙烯有多种吸附态在催化剂上吸附.在563 K、 1 MPa和空速1500 h-1的反应条件下,丙烯的摩尔转化率为3.2%,产物MAA选择性为95%.     

Toward new camptothecins. Part 6: Synthesis of crucial ketones and their use in Friedländer reaction

In the context of the preparation of camptothecin and luotonin A analogs, the synthesis of some key keto-precursors and their use in Friedländer condensation are described. This paper also focuses on the stability of these keto intermediates and emphasizes the major differences between indolizinones and pyrroloquinazolinones series. Noteworthy is also the report of some original structures isolated as by-products of some experiments.     

CoFe2O4自形成磁性液体场致结构化对磁化的影响

The Langevin paramagnetic theory can’t describe the relation between magnetization of ferrofluids and applied magnetic field. The structuralization of ferrofluids, which is considered the main influence factor of the magnetization, is regarded. The part of magnetization works is deposited when the structure is forming. This action influences the magnetization of ferrofluids directly or indirectly. On the base of the “compressing” model, the Langevin function that usually describes the magnetization of ferrofluid is modified, and a well-fitted curve is obtained. An equation of the relation between the equivalent volume fraction after being “compressed” and the intensity of magnetic field is discovered, which approximately describes the process of magnetization. The relation between the approximate initial susceptibility and the volume fraction can be obtained from modified formula.     

Highly regioselective Buchwald–Hartwig amination at C-2 of 2,4-dichloropyridine enabling a novel approach to 2,4-bisanilinopyridine (BAPyd) libraries

The highly regioselective Buchwald–Hartwig amination at C-2 of the cheap and readily accessible reagent, 2,4-dichloropyridine with a range of anilines and heterocyclic amines is described. This new methodology is robust and provides a facile access to 4-chloro-N-phenylpyridin-2-amines on 0.25 mol scale. These intermediates undergo a further Buchwald–Hartwig amination at higher temperature to enable rapid exploration of the chemical space at C-4 and to provide a library of 2,4-bisaminopyridines.     

KMnO4-mediated oxidative CN bond cleavage of tertiary amines: Synthesis of amides and sulfonamides

KMnO₄-mediated oxidative CN bond cleavage of tertiary amines producing secondary amine was introduced, which was trapped by electrophiles (acyl chloride and sulfonyl chloride) to form amides and sulfonamides. The reaction could take place at mild condition, tolerating a wide range of function groups and affording products in moderate to excellent yields.     

Chemistry of heterocyclic compounds at the A. E. Favorsky Irkutsk Institute of Chemistry, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, over 50 years (Review)

The review contains a concise historical account and information on the most significant researches undertaken by the staff at the A. E. Favorsky Irkutsk Institute of Chemistry, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences on the Chemistry of Heterocyclic Compounds. Dedicated to Academician of the Russian Academy of Sciences B. A. Trofimov on his 70th jubilee. Translated from Khimiya Geterotsiklicheskikh Soedinenii, No. 10, pp. 1443–1502, October, 2008.     

Sulfur-directed metal-free and regiospecific methyl C(sp3)–H imidation of thioanisoles

Regiospecific and direct imidation of the methyl C(sp³)–H bond of thioanisoles is realized under mild and metal-free conditions with N-fluorobis(benzenesulfonyl)imide as an oxidant and nitrogen source. Proposed mechanism suggests that thionium ion intermediates and a Pummerer-type reaction are involved. The imidation has advantages such as high step-economy, excellent functionality tolerance, and regiospecificity, giving structurally diverse imidation products.     

Selective syntheses of 2H-1,3-oxazines and 1H-pyrrol-3(2H)-ones via temperature-dependent Rh(II)-carbenoid-mediated 2H-azirine-ring expansion

The Rh(II)-catalyzed reaction of 2-carbonyl-substituted 2H-azirines with ethyl 2-cyano-2-diazoacetate or 2-diazo-3,3,3-trifluoropropionate provides an easy access to 2H-1,3-oxazines and 1H-pyrrol-3(2H)-ones. These compounds can be selectively prepared from the same starting material using temperature as the only varied parameter. The 2-azabuta-1,3-diene intermediate, a common precursor for both heterocyclic products, isomerizes into 2H-1,3-oxazine under kinetic control, while 1H-pyrrol-3(2H)-one is the sole product of the reaction at elevated temperatures. According to DFT-calculations a one-atom oxazine ring contraction involving ring-opening to a 2-azabuta-1,3-diene intermediate, followed by a 1,5- and 1,2-prototropic shift leads to the consecutive formation of imidoylketene and azomethine ylide, which then further undergo cyclization to the pyrrole derivative.     

Synthesis of 1-benzyloxypyrazin-2(1H)-one derivatives

Different approaches for the synthesis of 1-benzyloxypyrazin-2(1H)-one derivatives from simple amino acids have been investigated. A library of 33 precursors for the preparation of N-hydroxy pyrazinones was obtained in moderate to good yields.