基于聚乙二醇的液/液两相催化体系及其应用

摘要

本论文由两大部分组成： 一、在本课题组提出的温控PEG两相催化的基础上，进一步优化温控PEG两相体系的组成，选择在任何温度下均不相互溶的PEG-400和正庚烷为两相体系的基本组分，通过改变体系的第三组分以筛选催化剂流失更小并具有“低温分相、高温混溶”特性的温控 PEG 两相体系。最终发现由 PEG-400/正庚烷/1，4-二氧六环组成的体系具有更好的分相效果，进而对该体系的相图进行研究，确定出分相效果比较理想的两相体系组成。在优化温控PEG两相体系组成的基础上，选择易于合成、结构简单并且含有PEG链的亚磷酸酯型膦配体TMPGP为催化剂配体，考察其与Rh的配合物为催化剂在1-十二烯氢甲酰化反应中的催化性能及分离回收效果。结果显示，在优化的反应条件下，1-十二烯的转化率和醛收率分别达到96％和94％，催化剂可以循环使用23次而催化活性无明显的降低。ICP-AES 分析表明，1-十二烯氢甲酰化反应催化剂循环过程中，铑在产品相中的平均流失为0.65％(wt)。该催化体系还成功地应用于三聚丙烯氢甲酰化反应：在优化的反应条件下，三聚丙烯的转化率和醛收率分别达到77％和75％。室温分相条件下催化剂可循环使用11次而催化活性基本保持不变，铑的平均流失为0.69％(wt)。沦文还通过PEG～400与PCl<,3>直接反应合成了一种新的亚磷酸酯型膦配体TPGP(n≈9)。以Rh/TPGP(n≈9)配合物为催化剂的温控PEG两相催化1-十二烯氢甲酰化反应结果和催化剂分离效果与 Rh/TMPGP(n=8)配合物基本一致：即1-十二烯的转化率均高达96％以上，醛收率高达94％以上；催化剂可循环使用10次，催化活性无明显下降，Rh的最大流失量为1.00％(wt)左右。这表明，可能存在的亚磷酸酯型膦配体与PEG的酯交换反应对其催化性能没有产生影响。 二、基于PEG对过渡金属纳米粒子的保护作用，提出并实现将纳米Ru/SiO<,2>催化剂均匀分散于PEG中形成稳定溶胶的构思。由于PEG具有能同苯完全互溶而与苯加氢产物环己烷完全不互溶的性能，这一稳定的PEG溶胶被应用于催化苯加氢反应时形成一种反应前呈单相、反应结束后为两相的“单相反应、两相分离”的催化反应体系。实验结果显示，催化剂可以循环使用20次而催化活性保持不变。透射电镜分析表明，负载于纳米二氧化硅上的钌纳米粒子粒径在循环使用前后基本保持不变，而在相同反应条件下无PEG时负载于纳米二氧化硅上的钌纳米粒子会发生明显聚集。这显示了PEG对钌纳米粒子的良好稳定作用。论文还对在上述体系中苯部分加氢成环己烯的可能性作了初探，发现通过加入正庚烷或增加PEG用量形成互不相溶的两相体系可抑制苯深度加氢，增加环己烯的选择性。初步考察得到的结果是：当控制苯转化率为18％时，环己烯的选择性达到23％。

目录

文摘

英文文摘

声明

引 言

1文献综述

1.1引言

1.2温控非水液/液两相催化体系

1.2.1氟两相体系

1.2.2低碳醇/烷烃两相体系

1.2.3碳酸乙(丙)烯酯/烷烃两相体系

1.2.4 DMA(二甲基乙酰胺)、DMF(二甲基甲酰胺)或者乙腈作极性相的两相体系

1.2.5温控相分离催化

1.3 PEG(聚乙二醇)作反应介质的催化体系

1.3.1 PEG两相体系

1.3.2 PEG均相体系

1.3.3温控PEG两相体系

1.4选题背景及研究内容

2温控PEG两相体系的确立

2.1引言

2.2实验部分

2.2.1试剂及预处理

2.2.2亚磷酸酯型膦配体TMPGP的合成

2.2.3 PEG在上层有机相中流失量的测定

2.2.4亚磷酸酯型膦配体TMPGP在上层有机相中流失的测定

2.2.5 PEG-400/正庚烷/1,4-二氧六环体系的相图

2.3结果与讨论

2.3.1温控PEG两相体系的筛选

2.3.2 PEG-400/正庚烷/1,4-二氧六环三元体系的等温相图

2.4小结

3温控PEG两相体系中Rh/TMPGP催化的1-十二烯氢甲酰化反应

3.1引言

3.2实验部分

3.2.1试剂及预处理

3.2.2烯烃的氢甲酰化反应

3.2.3有机相中铑含量的测定

3.2.4分析仪器及测试条件

3.3结果与讨论

3.3.1温控PEG两相体系中Rh/TMPGP(n=8)催化的1-十二烯氢甲酰化反应条件优化

3.3.2优化条件下不同烯烃的氢甲酰化反应

3.3.3温控PEG两相体系中催化剂的循环使用效果

3.4小结

4温控PEG两相中Rh/TMPGP催化的三聚丙烯氢甲酰化反应

4.1引言

4.2实验部分

4.2.1试剂及预处理

4.2.2三聚丙烯的氢甲酰化反应

4.2.3有机相中铑含量的测定

4.2.4分析仪器及测试条件

4.3结果与讨论

4.3.1温控PEG两相体系中Rh/TMPGP(n=8)催化的三聚丙烯氢甲酰化反应条件优化

4.3.2温控PEG两相体系中催化剂的循环使用效果

4.4小结

5温控PEG两相体系中Rh/TPGP催化的1-十二烯氢甲酰化反应

5.1引言

5.2实验部分

5.2.1试剂及预处理

5.2.2 TPGP的合成

5.2.3亚磷酸酯型膦配体TPGP在上层有机相中流失的测定

5.2.4 Rh/TPGP配合物催化的烯烃氢甲酰化反应

5.2.5有机相中铑含量的测定

5.2.6分析仪器及测试条件

5.3结果与讨论

5.3.1 TPGP的合成及表征

5.3.2 TPGP在温控PEG两相体系中的分配

5.3.3温控PEG两相体系中Rh/TPGP催化的1-十二烯氢甲酰化反应研究

5.3.4温控PEG两相体系中催化剂的循环使用效果考察

5.4小结

6纳米Ru/SiO2-PEG溶胶的合成及其在苯加氢中的应用

6.1引言

6.2实验部分

6.2.1试剂及预处理

6.2.2纳米Ru/SiO2的合成与表征

6.2.3纳米Ru/SiO2-PEG溶胶的合成

6.2.4纳米Ru/SiO2-PEG溶胶催化苯完全加氢

6.2.5纳米Ru/SiO2-PEG溶胶的表征

6.2.6分析仪器及测试条件

6.3结果与讨论

6.3.1纳米Ru/SiO2的合成与表征

6.3.2纳米Ru/SiO2在不同溶剂中的分散性和稳定性的考察

6.3.3纳米Ru/SiO2-PEG溶胶的表征

6.3.3纳米Ru/SiO2-PEG溶胶催化苯加氢

6.4小结

7纳米Ru/SiO2-PEG溶胶在催化苯部分加氢制环己烯的初探

7.1引言

7.2实验部分

7.2.1试剂及预处理

7.2.2纳米Ru/SiO2-PEG溶胶催化间歇式苯部分加氢

7.2.3纳米Ru/SiO2-PEG溶胶催化半连续式苯部分加氢

7.2.3分析仪器及测试条件

7.3结果与讨论

7.3.1纳米Ru/SiO2-PEG溶胶催化间歇式苯部分加氢制备环己烯

7.3.2纳米Ru/SiO2-PEG溶胶催化半连续式苯部分加氢制备环己烯

7.4展望

7.5小结

结论

创新点摘要

参考文献

攻读博士学位期间发表学术论文情况

致 谢