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Waker催化劑催化氧化環戊烯生成環戊酮反應步驟 | |||
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20世紀50年代,德國Wacker公司的Simdt等將CuCl2引入乙烯與PdCl2作用生成乙醛的反應體系,確立了PdCl2/CuCl2催化氧化乙烯制備乙醛的著名的Wacker法并成功應用到實際生產中,成為目前烯烴氧化羰基化的重要方法之一[23,49]。Waker催化劑對乙烯氧化生成乙醛具有較高的轉化率和選擇性,但較高碳數的端烯烴、內烯烴、環烯烴在Wacker催化劑的作用下,由于烯烴結構上的空間效應和鈀催化反應的異構化,其反應產物的收率較之于乙烯的氧化產物來說要差得多。
另一方面,由于Cl-的存在,容易導致氯代副反應的發生。因此,為了提高Waker類催化劑的催化效果,需要對其進行改進。就環烯烴在Waker類催化劑作用下催化氧化生成相應酮類物質的研究來看,目前對Waker催化劑的改進主要有:調節反應溫度及氧氣分壓優化反應條件[50-51]、選擇價廉易得的過渡金屬作為共氧化劑[52-54]及為便于催化劑回收,對鈀鹽進行負載[54]等。在乙醇溶劑中,Takehira等[50-51]主要考察了氧氣壓力對PdCl2-CuCl2、PdCl2-FeCl3催化環戊烯氧化的影響。在1.01×105Pa下,PdCl2-CuCl2、PdCl2-FeCl3催化氧化環戊烯,其轉化率分別約為98%和50%,環戊酮選擇性分別為70%和90%。隨著氧氣壓力的升高,兩種催化體系的催化效果均有所提高,氧氣壓力對PdCl2-CuCl2催化體系的影響更為顯著,當p(O2)=490.3kPa時,環戊烯幾乎全部轉化為環戊酮。
在此條件下,雖然PdCl2-FeCl3催化體系的環戊烯轉化率升高到88%,但環戊酮的選擇性降低,約為75%。以乙腈酸性水溶液代替乙醇,Pd(CH3COO)2代替PdCl2,與酞菁鐵(FePc)組成催化反應體系,對環戊烯的羰基化顯示出很好的催化活性,環戊酮收率可達83%[52-53]。其反應機理與傳統的Waker催化劑作用機理相似,其過程可用3個反應步驟來表示,如圖所示,反應的關鍵步驟仍然是鈀配合物對環戊烯的活化。同時向上述反應體系中加入適量氫醌(HQ),構成Pd(CH3COO)2/HQ/FePc催化體系[55],以環己烯為底物考察其催化活性。結果表明,該催化體系對環己烯氧化合成環己酮具有較高的催化活性,30min內環己酮收率可達84%,選擇性大于98%,但對于環戊烯的氧化還未見報道。
![]() Waker催化劑Pd(CH3COO)2/FePc催化氧化環戊烯生 成環戊酮反應步驟 Kishi等[54] 以雜多化合物NPMoV為共氧化劑,按一定比例和Pd(CH3COO)2共同負載在活性炭上,在乙腈酸性溶液中保持反應溫度為50 ℃,p(O2)= 1.01×105 Pa,反應6 h,環戊烯轉化率達99%以上,環戊酮產率為85%,高于等量未負載催化劑的催化效果(環戊酮產率為75%)。雖然此催化體系的催化效果良好,但催化劑在活性炭上的負載不理想,催化劑的流失嚴重,Pd、Mo和V的一次實驗流失量分別達到41%、1%和26%。回收一次反應后的催化劑進行催化反應實驗,環戊烯的轉化率和環戊酮的產率分別只有26%和2%,催化劑流失問題亟待解決。 |
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