Ionic liquid-functional MCM-41 as a high effective catalyst for the synthesis of isatylidene malononitrile via Knoevenagel condensation

Ionic liquid functional MCM-41 was synthesized, characterized and used as heterogeneous catalyst for the Knoevenagel condensation of isatins with malononitrile. A series of corresponding isatylidene malononitrile were obtained in high isolated yield (96–99%) at room temperature in a short time. The heterogeneous catalyst can be easily recovered by centrifugation and showed almost no loss of activity over 10 recycle experiments. At the same time, the gram-scale experiments showed excellent yields and provided a highly effective method for scale up applications.     

乙苯工艺技术开发及工业应用进展

乙苯是重要的基本有机化工原料,主要用于生产苯乙烯,进而作为合成橡胶和塑料等高分子材料的单体.乙苯的生产主要采用苯和乙烯的烷基化工艺.传统的AlCl3法由于存在设备腐蚀和环境污染等问题己逐步被环境友好的分子筛烷基化法取代.分子筛烷基化法分为气相法和液相法.气相烷基化催化剂为ZSM-5分子筛,例如Mobil-Badger气相烷基化工艺;液相烷基化催化剂有Y,Beta和MCM-22分子筛,例如Lummus/UOP的EBOne工艺和Mobil-Raythen的EBMax工艺.近年来,随着经济的发展,全球范围内乙苯需求量逐年增加,产能也逐渐扩大.尤其在中国大陆,目前乙苯产能居世界首位,其乙苯工艺技术的开发也最为活跃.经过20多年的发展,苯烷基化制乙苯工艺取得了长足发展.中国科学院大连化学物理研究所在成功合成ZSM-5/ZSM-11分子筛的基础上,与中国石化、中国石油联合开发了苯与干气气相烷基化制乙苯工艺;中国石化上海石油化工研究院则以ZSM-5分子筛为基础,开发了适应原料多样性的苯气相烷基化制乙苯催化剂和工艺技术,可以采用石油苯、焦化苯、纯乙烯、乙醇和稀乙烯为原料;石油化工科学研究院则开发了基于Beta分子筛的苯与乙烯液相烷基化催化剂及液相循环烷基化工艺.以上催化剂及工艺技术均己工业化应用.此外,实现催化烷基化与分离同时进行的催化蒸馏工艺以及乙烷脱氢再与苯烷基化的两段法制乙苯工艺的研究也取得了一定进展.在苯烷基化制乙苯工艺中,气相法操作温度高,苯与乙烯进料摩尔比高,因而能耗高,同时二甲苯含量高,产品纯度低.液相烷基化工艺则具有温度低和苯/烯比低的特点,其能耗控制及产品质量均优于气相法工艺.但是,液相反应中的扩散阻力大,孔道为10元环的ZSM-5分子筛失活迅速,因而选用了具有12元环孔道的Y,Beta和具有表面12元环碗状半超笼的MCM-22分子筛为催化剂.然而,液相法工艺的苯与乙烯进料摩尔比仍然远高于理论化学计量比,其产品中含有一定比例的多乙基苯(主要是二乙苯),需采用烷基转移过程将多乙基苯与苯反应生成乙苯.进一步降低苯/烯比、提高单乙苯选择性是未来乙苯工艺开发的努力方向.研究表明,介孔分子筛及纳米片状分子筛在苯烷基化反应中具有优于常规分子筛的催化表现,即更高的乙烯转化率和乙苯选择性.其原因在于,扩散是影响苯烷基化反应性能的关键因素,扩散性能的改善使得产物从活性位解吸后更容易扩散出去,进而空出活性位并进一步催化新的底物.同时,单烷基化产物与新的烷基化试剂进一步发生烷基化的几率降低,提高了单烷基化产物的选择性.因而,采用扩散性能更好的催化剂催化苯烷基化反应前景看好,关键问题在于如何简单并廉价地获取该类材料.另外,虽然分子筛催化苯烷基化是一个环境友好的工艺过程,但是在分子筛催化剂制备过程中会产生环境污染.同时,失活催化剂的处理也是需要考虑的问题.开发分子筛的绿色合成技术,减轻甚至消除环境污染是一个值得努力的方向;开发失活催化剂的综合利用技术,如采用失活催化剂为原料用于分子筛的合成,可以作为环境保护的有效手段.     

介孔分子筛MCM-48的室温合成与表面修饰

在室温条件下的碱性介质中合成了介孔分子筛MCM-48，并对其进行了有机官能团表面修饰。利用HRTEM、低温N₂吸附、XRD、TG、IR和NMR等手段对产物进行了结构和性能分析。实验结果表明，合成产物MCM-48具有规则的孔道结构、大比表面积、大孔容和窄分布的孔径。由硅烷试剂表面修饰后的MCM-48，由于有机官能团接枝在MCM-48的内表面，占据了孔道内部空间，使其比表面积、孔容和孔径都减小。     

MCM-41介孔分子筛共价键联钴酞菁的制备，表征及性质

采用两种方法将钴酞菁配合物共价联接到介孔分子筛MCM-41的表面：(1) 在MCM-41表面联接含伯胺的有机侧链；(2) 是在MCM-41表面联接含仲胺的有机侧链。含氯磺酸基的钴酞菁与胺反应形成磺酰胺。对得到的主客体化合物用多种物化手段和催化反应进行了表征。结果表明，钴酞菁以单体形式固定在介孔分子筛MCM-41的孔道壁上，在反应条件下固载后的钴酞菁具有高催化活性，同时表现出良好的稳定性，多次重复使用活性没有明显的改变。     

四甲基锡在MCM-41分子筛表面的接枝反应及产物性能

研究了真空条件下SnMe4在MCM-41分子筛表面的接枝反应，并用元素分析、ICP、GC-MS、XRD、FTIR、DRS、13C及119Sn MAS NMR、XPS、BET、TPD、TPR等方法对产物的组成、结构和性质进行了表征.结果表明, 两者可以定量地进行化学反应，将确定数目的甲基锡基团接枝在分子筛表面, 形成SnMe3/MCM-41物种；接枝反应发生在分子筛表面上, 不破坏MCM-41分子筛骨架结构；改性分子筛的BET比表面积有所降低，孔体积变小, 表面性质发生变化.四甲基锡在MCM-41上接枝反应的温度为343 K,比它与HY沸石的反应温度(193 K)高得多，并且产物SnMe3/MCM-41的热稳定性也高于SnMe3/HY.     

分子筛合成中六亚甲基亚胺与环己胺二元胺的模板作用

 以固体硅胶为硅源考察了六亚甲基亚胺(HMI)和环己胺(CHA)二元胺模板剂对分子筛合成产物的影响. XRD测试结果表明,当晶化温度为160 ℃,晶化时间为84 h, SiO2/Al2O3摩尔比为30, Na2O∶H2O∶(HMI+CHA)∶SiO2摩尔比为0.11∶45∶0.35∶1时,即使HMI仅占二元胺模板剂的25%(摩尔分数),所得分子筛仍为MCM-22; 其它条件相同时,以单纯CHA为模板剂得到的是ZSM-35分子筛. 用13C MAS NMR研究了HMI和CHA的状态,结果表明在单一HMI合成体系中,HMI既起MCM-22结构导向作用,又经质子化后起稳定骨架的作用; 而在HMI和CHA二元胺体系中,HMI主要起结构导向作用,CHA则填充在MCM-22层间十元环中稳定骨架.     

晶种诱导Nonasil(HMI)的合成

以不同分子筛(Nonasil, MCM-22或MCM-49)为晶种, 在水热条件下以六亚甲基亚胺(HMI)为模板剂, 对纯硅沸石Nonasil(HMI)的合成进行了研究. 并且对各种合成参数, 包括晶种类型、硅源、晶化温度和Na+浓度等对Nonasil(HMI)合成的影响进行了探讨. 发现在适量的Na+存在条件下, 晶种的引入大大缩短了晶化时间; 不同类型的晶种对晶化速度有不同程度的提高. 特别是用异类晶种(如MCM-22或MCM-49)能够合成高结晶度的Nonasil(HMI).     

疏水改性MCM-41对甲草胺缓释性能的影响

采用浸渍法将甲草胺吸附到纯硅MCM-41(M41)介孔材料中, 以六甲基二硅氮烷(HMDS)为表面改性剂, 通过气-固反应对吸附了甲草胺的M41材料(Ach/M41)进行疏水改性, 得到了既具有高载药性又能有效延缓甲草胺释放的缓释体系Ach/TMS-M41. XRD、低温N₂吸附/脱附、FT-IR和TG等分析结果表明, 甲草胺在M41中的吸附量高达0.381 g·g^-1(质量分数为27.6%), 此时M41仍保持原有的孔道结构, 且甲草胺能完全分散于M41孔道中. 分别对Ach/M41和Ach/TMS-M41在水中的缓释性能进行了测试, 甲草胺释放率分别为62%和38.1%, 表明疏水改性对延缓甲草胺释放有较好的效果. 而且, 介孔材料孔壁对甲草胺具有明显的紫外屏蔽保护作用.     

Lipase-catalyzed kinetic resolution approach toward enantiomerically enriched 1-(β-hydroxypropyl)indoles

In a route towards enantiomerically enriched 1-(β-hydroxypropyl)indoles, which are potentially useful building blocks for high value-added chemicals synthesis, a kinetic resolution approach by means of lipase-catalyzed enantioselective acylation as well as hydrolysis/methanolysis has been elaborated for the first time. The enzymatic resolution of chiral N-substituted indole-based sec-alcohols was successfully accomplished, yielding both enantiomeric forms of the employed derivatives with up to >99% enantiomeric purity via an enantioselective transesterification under mild reaction conditions. The most selective resolutions were obtained using fungal (CAL-B and TLL) and bacterial (PFL and BCL) lipases and vinyl acetate as the acyl?group donor. The synthetic protocol described herein is very simple, user-friendly and efficient, thus paving the way for future access towards more complex compounds of this type. The absolute configurations of novel enantiomeric derivatives, and thus stereoselectivity of the described enzymatic reactions were confirmed by application of CDA-based NMR methodology and single-crystal X-ray diffraction analysis.     

Dehydration of Castor Oil over NaHSO4/MCM‐41 Catalyst Modified by n‐Dodecyltriethoxysilane

n‐Dodecyltriethoxysilane (DTEOS) modified NaHSO₄/MCM‐41 catalysts (silanized catalysts) were synthesized by different impregnation sequences and evaluated in the liquid‐phase dehydration of castor oil. The samples were evaluated by X‐ray diffraction, nitrogen adsorption‐desorption, SEM, TEM, FT‐IR spectroscopy, XPS, ²⁹Si MAS NMR spectroscopy, contact angle measurements, NH₃‐TPD, and pyridine‐FT‐IR spectroscopy. The analyses demonstrated that silanization enhanced the hydrophobicity of the catalysts, and the impregnation sequence of silanized catalysts had a significant effect on the NaHSO₄ dispersion, surface area, acid distribution, and hydrophobicity of the silanized catalysts. The catalytic activity of the silanized catalysts was much higher than that of NaHSO₄/MCM‐41. Among the silanized catalysts, the catalyst prepared by simultaneous impregnation with DTEOS and NaHSO₄ showed the highest iodine value of 141.8 [g(I₂) per 100 g] and lowest hydroxyl value of 11.3 [mg(KOH) · g^–1].