多金属氧酸盐催化烯烃环氧化研究进展

综述了以过氧化氢为氧源,多金属氧酸盐催化烯烃环氧化的研究进展,尤其是针对基于多金属氧酸盐的反应控制相转移催化体系近年来的研究进展进行了详细阐述.     

溶剂热法合成UiO-66金属有机框架限域的钴取代磷钼酸及其催化烯烃环氧化性能

金属有机框架材料是一类新型晶体孔性材料,在气体储存、物质分离、非线性光学及催化等领域中具有潜在应用价值.其中,基于锆氧簇和有机配体构筑的锆基金属有机框架材料(ZrMOFs)因其具有更高的结构稳定性而备受关注.研究表明,将多金属氧酸盐(POM)负载在ZrMOFs载体上能够获得一类新型复合材料催化剂.这类材料具有可调控的酸性和氧化还原性,已在一些固体酸催化及选择氧化(包括烯烃环氧化)等反应中表现出优异的催化性能.多金属氧酸盐通常可以通过简单的浸渍法引入到ZrMOFs载体上,但这种方法制备的催化剂普遍存在活性组分分散不均匀且易于在液相催化反应过程中发生活性组分流失的问题.因此,当前的研究重点主要集中在如何通过简单有效的制备方法获得结构更加稳定、性能更加优异的复合材料催化剂.近期,国内外多个研究小组分别报道了采用溶剂热法能够一步合成出POM@ZrMOFs复合材料,这类材料的主要特点是POM团簇能够均匀的分散在ZrMOFs孔道中,从而使其在氧化脱硫及烯烃选择氧化等反应中表现出更高的稳定性.考虑到POMs及ZrMOFs种类和结构的多样性,可以预期这类复合材料的合成及催化性能研究仍有很大的发展空间.本文采用溶剂热法将磷钼酸(PMo12)及钴取代磷钼酸(PMo11Co)限域在一类ZrMOFs材料(UiO-66)的孔道中,得到了两种复合材料催化剂,分别记为PMo12@UiO-66和PMo11Co@UiO-66.通过以叔丁基过氧化氢(t-BuOOH)为氧化剂烯烃环氧化反应考察了其催化性能.相较于PMo12@UiO-66,含有钴取代磷钼酸的PMo11Co@UiO-66杂化材料表现出了更高的催化活性和稳定性.催化剂经简单的过滤和洗涤后即可循环使用多次,且催化性能基本保持不变.值得一提的是,PMo11Co@UiO-66对多种类型烯烃的环氧化反应均表现出较高的催化活性和环氧选择性.例如,在加入自由基抑制剂对二苯酚后,柠檬烯选择性氧化为柠檬烯-1,2-环氧化物的选择性可以达到91%,性能明显优于文献中报道的其它类型催化剂.此外,溶剂种类对PMo11Co@UiO-66的催化活性有着显著的影响,在极性相对较强的乙醇、乙腈等溶剂中,催化剂的活性较低;在极性较弱的甲苯、氯仿,四氯化碳等溶剂中,催化剂的活性则相对较高.溶剂极性的差异会影响反应物分子与催化剂活性中心的接触情况,继而对催化剂的活性产生较大影响.采用X射线衍射、氮吸附-脱附、X射线光电子能谱、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)等手段对催化反应前后的PMo11Co@UiO-66催化剂进行了表征.结果表明,在溶剂热法合成的杂化材料催化剂中,引入的POM团簇能够均匀的分散在UiO-66框架材料的孔道和笼中;催化剂反应前后的组成与结构没有发生明显的变化.结合相关文献报道的结果,可以认为杂原子Co的引入能够产生类似于Co–O–Mo的新的活性中心,从而使PMo11Co@UiO-66表现出更高的催化活性.催化剂的高稳定性应主要归因于UiO-66框架对PMo11Co团簇的空间限域作用.这种空间限域作用能够使PMo11Co团簇被封装在UiO-66的八面体笼中,且二者之间还存在着较强的金属-载体间相互作用.在后续的工作中,我们还将继续深入研究PMo11Co@UiO-66催化剂的活性中心性质及其对分子氧的活化能力,加深对催化作用机制等问题的理解,进一步扩大这类复合材料催化剂的应用范围.     

反应控制相转移催化合成环氧大豆油

以磷钨杂多酸盐作为反应控制相转移催化剂,1,2-二氯乙烷为溶剂,30%H2O2为氧源,研究了中性条件下大豆油的环氧化反应,并考察了各反应条件对环氧化反应的影响。结果表明,在催化剂质量分数为3%,n(H2O2)∶n(双键)=1.2∶1,m(溶剂)/m(大豆油)=3.2,反应温度70℃,反应时间4h时,生成环氧大豆油中的碘值小于0.04g(I)/g,环氧值大于6%,催化剂循环使用5次后不降低催化活性。整个反应过程中,催化剂显示出良好的反应控制相转移催化性能。     

咪唑基介孔有机硅材料固载磷钼酸催化剂的制备及烯烃环氧化性能

以含有咪唑阳离子的周期性介孔有机硅（PMO-ILs）材料为载体,制备了一类固载化磷钼酸（PMA）多相催化材料（PMA@PMO-ILs）,并采用N₂吸附-脱附实验、X射线衍射、原子吸收光谱、差热-热重分析、红外光谱、紫外光谱及固体核磁共振技术研究了材料的结构及物理化学性质. 结果表明,磷钼酸通过静电相互作用被成功固载到PMO-ILs载体表面和孔道中,且在制备过程中磷钼酸及载体基本结构均未发生变化. 反应结果表明,PMA@PMO-ILs材料在以叔丁基过氧化氢为氧化剂的环辛烯环氧化反应中表现出一定的催化活性和很高的选择性. 中断实验结果表明,催化剂的主要活性中心在反应过程中未发生明显流失,且催化剂经多次循环使用后活性及选择性基本保持不变. PMO-ILs中大量的咪唑阳离子能有效稳定磷钼酸阴离子,使该催化材料表现出良好的稳定性.     

反应控制相转移催化环氧化苯乙烯

研究了磷钨杂多酸盐反应控制相转移催化H2O2直接氧化苯乙烯制环氧苯乙烷的反应,考察了溶剂、H₂O₂用量、催化剂用量、反应温度、时间、苯乙烯浓度等因素对反应的影响。 获得的适宜的反应条件为：乙酸乙酯为溶剂,n(苯乙烯)∶n(H₂O₂)∶n(催化剂)=300∶300∶1,反应温度60 ℃,反应时间6 h,反应液中苯乙烯质量分数为10%。 在该条件下,苯乙烯的转化率为85.5%,环氧苯乙烷的选择性为84.9%。 催化剂可过滤回收,循环使用2次后的活性无明显下降。     

键联聚乙二醇高分子担载锰（Ⅲ）卟啉的合成及催化烯烃环氧化反应性…

本文研究了键联聚乙二醇高分子担载锰（Ⅲ）卟啉的合成，以及在ＣＨ２Ｃｌ２／Ｈ２Ｏ两相体系中催化苯乙烯环氧化反应的性能，探索了催化反应体系中溶液ｐＨ值、ＮａＯＣｌ浓度、轴向配体及相转移催化剂对催化反应的影响。结果说明键联聚乙二醇高分子担载锰（Ⅲ）卟啉是烯烃环氧化反应的一种有效催化剂，其中聚乙二醇链可以络合Ｎａ，使ＯＣｌ富集于金属卟啉周围，起到较好的相转移催化作用。在催化反应的各影响因素中，水相ｐＨ值对     

1,3-双十二烷基咪唑硅钨酸盐的制备及热性质

以N-三甲基硅基咪唑、1-溴十二烷为主要原料合成了一个具有双长链的咪唑离子液体——溴化1,3-双十二烷基咪唑(C_(12)MC_(12))。C_(12)MC_(12)与多金属氧酸盐(H_4SiW_(12)O_(40))通过离子交换反应制备了1,3-双十二烷基咪唑硅钨酸盐(C_(12)MC_(12)-SiW_(12))。并通过~1H-NMR、傅里叶变换红外(FT-IR)、热重(TGA)、差示扫描量热仪(DSC)、偏光显微镜(POM)和变温X射线衍射(XRD)对C_(12)MC_(12)和C_(12)MC_(12)-SiW_(12)的性质进行表征。结果表明C_(12)MC_(12)具有液晶性质,为层状介晶结构。当用多酸阴离子SiW_(12)O_(40)~(4-)取代C_(12)MC_(12)中的Br~-后,C_(12)MC_(12)-SiW_(12)的熔点升高,液晶性质消失,但仍为准层状结构。     

碳纳米管/杂多酸/聚吡咯复合催化剂的制备及催化烯烃环氧化性能

以磷钼酸(PMo)、吡咯(Py)和碳纳米管(CNTs)为原料,通过原位聚合方法制备了PPy-PMo@CNTs复合材料.采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等手段对材料进行了结构表征.结果表明,磷钼酸和聚吡咯被引入到碳纳米管载体上,且聚吡咯在碳纳米管表面形成了一层薄层.N2吸附-脱附测试结果表明,PPy-PMo@CNTs为介孔材料.将以乙腈为溶剂,过氧化氢为氧化剂的烯烃环氧化反应作为模型反应,考察了催化剂PPy-PMo@CNTs的催化活性.结果表明,在60℃,反应底物为1 mmol,催化剂投量为10 mg的条件下,该催化剂表现出较好的催化活性.中断和循环实验结果表明,催化剂具有较好的稳定性,在相同的反应条件下经过5次循环后,环辛烯的转化率依然保持在约65%.     

烯烃环氧化及其催化剂的研究进展

介绍了烯烃环氧化制环氧化合物的生产技术现状、反应原理和催化剂的研究现状．参考文献39篇．     

一例多钒酸盐杂化材料的制备及高效催化烯烃环氧化

以2-(2-吡啶基)咪唑(pIM)、Co²⁺和NaVO₃为原料,在水热条件下,制备了新的钒氧簇化合物[Co(pIM)V₂O₆] (1)。采用X射线单晶衍射、粉末X射线衍射、傅里叶变换红外光谱和元素分析等方法对化合物进行了表征。单晶解析表明,该化合物由VO₄四面体和CoO₃N₂四方锥通过氧原子共边、共角连接成二维结构。基于钒氧簇在催化氧化体系中的高效活性,1作为非均相反应的催化剂,在以H₂O₂为氧化剂的催化烯烃环氧化反应中表现出优秀的催化性能,催化剂能够多次重复使用且活性基本保持不变。此外,磁化率研究表明1中存在反铁磁相互作用。     

Olefin epoxidation with tert-BuOOH catalyzed by vanadium polyoxometalate immobilized on ionic liquid-modified MCM-41

Preparation and characterization of vanadium-containing polyphosphomolybdates supported on ionic liquid-modified MCM-41, MCM-41-Im, are reported. The catalyst, [PVMo@MCM-41-Im], was characterized by elemental analysis, X-ray diffraction, scanning electron microscopy and also FT-IR, and UV-Vis spectroscopic methods. This heterogeneous catalytic system was applied for efficient epoxidation of various olefins in the presence of tert-BuOOH in 1,2-dichloroethane under reflux. The catalyst can be reused several times without apparent loss of its catalytic performance.     

Brønsted双核碱性离子液体的合成及其在制备生物柴油过程中的催化性能

以N-甲基吗啡啉和1,4-二溴丁烷为原料,通过两步法合成了新型Brønsted碱性双核离子液体.分别采用¹H-NMR、FT-IR和元素分析对合成的离子液体进行结构分析;采用TGA测试离子液体的热稳定性;同时测定了离子液体的溶解性和碱性.此外,考察了双核碱性离子液体在大豆油和甲醇酯交换反应中的催化活性.结果表明,当甲醇:大豆油=14:1(物质的量比)、离子液体用量为大豆油质量的5%、反应时间5 h、反应温度60 ℃时、生物柴油收率为 95.6%(质量分数),且离子液体经回收、真空干燥,重复使用6次后催化活性没有明显降低,仍能达到94%以上.     

A facile and convenient method for synthesis of alkyl thiocyanates under homogeneous phase transfer catalyst conditions

A simple and environmentally friendly method is described for the efficient conversion of alkyl halide to alkyl thiocyanate using tetrabutylammonium bromide （TBAB） as a phase transfer catalyst. The reactions occur in water and furnish the corresponding alkyl thiocyanate in high yields. No evidence for the formation of isothiocyanates as by-product of the reaction was observed and the products were obtained in pure form without further purification.     

A spectroscopic study on the reaction-controlled phase transfer catalyst in the epoxidation of cyclohexene

The epoxidation of cyclohexene with hydrogen peroxide in a biphase medium (H₂O/CHCl₃) was carried out with the reaction-controlled phase transfer catalyst composed of quaternary ammonium heteropolyoxotungstates [π-C₅H₅N(CH₂)₁₅CH₃]₃[PW₄O₁₆]. A conversion of about 90% and a selectivity of over 90% were obtained for epoxidation of cyclohexene on the catalyst. The fresh catalyst, the catalyst under reaction conditions and the used catalysts were characterized by FT-IR, Raman and ³¹P NMR spectroscopy. It appears that the insoluble catalyst could degrade into smaller species, [(PO₄){WO(O₂)₂}₄]³⁻, [(PO₄){WO(O₂)₂}₂{WO(O₂)₂(H₂O)}]³⁻, and [(PO₃(OH)){WO(O₂)₂}₂]²⁻ after the reaction with hydrogen peroxide and becomes soluble in the CHCl₃ solvent. The active oxygen in the [W₂O₂(O₂)₄] structure unit of these soluble species reacts with olefins to form the epoxides and consequently the corresponding W---Ob---W (corner-sharing) and W---Oc---W (edge-sharing) bonds are formed. The peroxo group [W₂O₂(O₂)₄] can be regenerated when the W---Ob---W and W---Oc---W bonds react with hydrogen peroxide again. These soluble species lose active oxygen and then polymerize into larger compounds with the W---Ob---W and W---Oc---W bonds and then precipitate from the reaction solution after the hydrogen peroxide is consumed up. Part of the used catalyst seems to form more stable compounds with Keggin structure under the reaction conditions.     

铜配合物修饰的钼氧簇超分子化合物催化烯烃环氧化

近年来,含有过渡金属配合物和多金属氧酸盐的三维超分子化合物的合成与性能研究受到广泛关注.利用过渡金属配合物优良的可裁剪性和修饰性,可以对多金属氧酸盐化合物的结构和性质进行有效调控,进而构造出具有独特空间结构和性质的新型功能材料.这类材料往往具有多金属氧酸盐与过渡金属配合物两者结合的优点,在医学、光学、磁性材料、气体吸附材料及催化等领域显示出重要的学术研究价值和潜在的应用前景.然而,相比于在化合物合成及结构研究领域中的快速发展,过渡金属配合物修饰的多金属氧酸盐基化合物在催化领域中应用较少.本文采用水热合成法,以4,4′-联吡啶(bipy)或1,4′-双咪唑-1-甲基苯(bix)为氮杂环配体,合成了两个铜配合物修饰的钼氧簇超分子化合物催化剂,分别记为[Cu(bipy)]4[Mo15O47]·2H2O (1)和[Cu(bix)][(Cubix)(δ-Mo8O26)0.5](2).催化剂1中包含一个由铜的4,4′-联吡啶有机链修饰的钼氧簇链,催化剂2是由1,4′-双咪唑-1-甲基苯有机配体、铜离子和八钼酸盐构筑的具有自穿插结构的超分子化合物.通过以叔丁基过氧化氢为氧化剂的烯烃环氧化催化反应,考察了两种催化剂的催化性能.结果表明,催化剂1和2对环辛烯或1-辛烯环氧化反应表现出较高的催化活性,性能均明显优于未引入铜配合物的超分子化合物(H2bix)[(Hbix)2(γ-Mo8O26)]2·H2O (3);在相同反应条件下,催化剂1表现出更高的催化活性;溶剂种类显著影响催化剂的催化性能,以乙腈为溶剂时,苯乙烯环氧化反应主产物为苯甲醛(仅有很少量的环氧化合物),而以氯仿为溶剂时,环氧化合物选择性显著提高;中断实验和循环测试结果表明,催化剂1和2在1-辛烯环氧化反应中均表现出良好的稳定性和循环使用性. FT-IR和XRD表征结果证实,经多次循环使用后催化剂结构基本保持不变,表明催化剂具有良好的结构稳定性. XPS表征结果表明,催化剂1中钼的正电性高于催化剂2,这是由于配体类型不同及钼氧簇结构不同所致.拥有较高正电性的钼物种通常会表现出更高的催化烯烃环氧化反应能力,这可能是催化剂1的催化活性优于催化剂2的主要原因.此外,通过结构分析可以看出,催化剂1具有更开放的框架结构,这更有利于反应物扩散,继而使催化剂表现出更高的催化活性.需要指出的是,催化剂1和2中存在的铜配合物也可能直接作为新的活性中心参与对氧化剂的活化,继而对催化剂性能(活性和选择性)产生影响;此外,铜配合物与钼氧簇之间较强的相互作用使所形成的超分子化合物具有良好的结构稳定性,继而使这类超分子化合物催化剂表现出较为优异的稳定性和循环使用性.     

An investigation of the catalytic potential of mono- and dicationic imidazolium N-heterocyclic carbenes in the benzoin condensation

The catalytic potential of imidazolium salts in the benzoin condensation was investigated. Various aromatic aldehydes were tested in the benzoin condensation under the optimised protocol to afford α-hydroxyketones using N-heterocyclic carbenes derived from mono- and dicationic imidazolium salts. The products were obtained in good yields within short reaction times. Dicationic imidazolium salts with a long aliphatic chain between the imidazole rings were found to be more effective pre-catalysts for the benzoin condensation in comparison to the corresponding monocationic salts having the same aliphatic chain length.     

Synthesis and catalytic properties in olefin epoxidation of chiral oxazoline dioxomolybdenum(VI) complexes

Dioxomolybdenum(VI) complexes with the general formula [MoO₂X₂(N,N)] (X = Cl, OSiPh₃) containing a chiral bidentate oxazoline ligand (N,N = 2,2′-bis[(4S)-4-benzyl-2-oxazoline]) have been prepared and characterised by ¹H NMR, IR spectroscopy and thermogravimetric analysis. The bis(chloro) complex was heterogenised in the ordered mesoporous silica MCM-41 by direct grafting in dichloromethane. Elemental analysis and ²⁹Si MAS NMR spectroscopy of the derivatised material indicated the presence of monopodally anchored species of the type MoO₂[(–O)₃SiO]Cl(N,N). The complex [MoO₂Cl₂(N,N)] and the derivatised material exhibited initial activities of 147 and , respectively, in the catalytic epoxidation of cyclooctene using tert-butylhydroperoxide (tBuOOH) as the oxidant, both yielding 1,2-epoxycyclooctane quantitatively within 24 h at 55 °C. The MCM-41 grafted catalyst could be recycled with no loss in performance with respect to the epoxide yields obtained for reaction times above 2 h. With trans-β-methylstyrene as the substrate, the bis(chloro) complex and the derivatised material gave epoxides as the only products with yields in the range of 56–64% after 24 h, but no catalytic asymmetric induction was observed. The triphenylsiloxy complex was more active than the bis(chloro) complex for the epoxidation of trans-β-methylstyrene, but the enantiomeric excess was negligible and the corresponding diols were also formed. For the reaction catalysed by the supported material, changing the oxidant from tBuOOH to cumene hydroperoxide greatly improved the catalytic activity but the enantiomeric excess continued very low and the corresponding diol was the main product.     

Synthesis and applications of cross-linked poly(diallyldimethyl ammonium chloride) and its derivative copolymers as efficient phase transfer catalyst for nucleophilic substitution reactions

Cross-linked poly(diallyldimethylammonium chloride) and its derivative copolymers were synthesized and used as phase transfer catalyst in the nucleophilic substitution reaction especially halogen exchange reactions. In addition, the effect of hydrophilic-hydrophobic character of the polymers in the nucleophilic reactions was investigated.