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温控相转移催化的水/有机两相芳香硝基物CO选择还原为芳胺反应的研究

作　者: 梅建庭
导　师: 金子林
学　校: 大连理工大学
专　业: 有机化工
关键词: 温控相转移催化 CO选择还原 芳香硝基物 邻氯硝基苯 反应速率方程 邻氯苯胺 转化率 可表示 催化体系 烷基三甲基溴化铵
分类号: O625.63
类　型: 博士论文
年　份: 2000年
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内容摘要


含有卤原子、双键、羰基和氰基等基团的芳胺衍生物是重要的医药、农药和染料等精细化学品中间体，用途非常广泛。目前，工业上合成这些化合物主要采用两类反应：一类是在铁粉、碱金属硫化物（如Na2S）或酸式碱金属硫化物（如NaHS）等存在下的硝基还原反应；另一类是用铂、镍等金属催化剂下的硝基加氢反应。但是，前者常产生大量对环境有害的“三废”，后者则在硝基还原的同时也使其它基团发生反应而难以高选择性地转化为相应的芳胺化合物。本文首次将温控相转移膦配体（PETPP、PEODPPSA）及三苯基膦间三磺酸钠（TPPTS）与Ru3（CO）12形成的水溶性羰基钌催化体系用于芳香硝基物CO选择还原反应，以期找到催化性能好，易于分离回收的新催化体系，并对反应动力学进行了研究。取得的主要研究结果如下： 1、选用水溶性膦/钌配合物Ru3（CO）9（TPPTS）3为催化剂，详细考察了表面活性剂种类及浓度、NaOH浓度、反应温度、压力等因素对芳香硝基物水/有机两相CO选择还原为芳胺反应的影响。在120℃，4MPa CO，CTAB（十六烷基三甲基溴化铵）=6.9×10-3M和3MNaOH的优化条件下，反应8h，邻氯硝基苯的转化率和邻氯苯胺的选择性均可达99％。催化剂经3次循环使用，反应的转化率和收率仍可达90％左右。对含有羰基、氰基的芳香硝基物也有很高的活性和选择性。探讨了CTAB对反应起促进作用的原因。 2、首次合成出温控相转移膦配体聚氧乙烯三对羟基苯基膦（PETPP）与Ru3（CO）12配合形成的水溶性羰基簇钌配合物，并将其用于催化水/有机两相硝基物CO选择还原反应。该催化剂体系对邻氯硝基苯、对硝基苯氰和对硝基苯乙酮选择还原为邻氯苯胺、对氨基苯腈和对氨基苯乙酮的转化率和选择性均达到98％以上。详细考察了邻氯硝基苯CO还原反应的影响因素，在140℃、P（CO）=4MPa，t=10hr的反应条件时，反应的转化率和收率均达到99％，选择性接近100％。催化剂经3次循环使用，邻氯硝基苯的转化率仍达到94％。通过考察水/有机两相体积比对反应的影响和对比Ph3P（TPP），Ph2P（m-C6H4SO3Na（TPPMS），P（m-C6H4SO3Na）3（TPPTS）和P（p-C6H4（OC2H4） 11M R6OH）3OETPP）四种具有不同水溶性的磷配体与Rll3KO口的配合物在邻氯硝基苯Co选择还原反应中的催化活性表明，催化反应是在有机相进行的，证实膀／钉配合物RU3（CO）9（PETPP催化的水／有机两相芳香硝基物CO选择还原反应中存在“温控相转移催化”过程。 3、研究了新型温控相转移磷配体聚氧乙烯＊（二苯基磷基）苯磺酚胺炉EO0PPSA）与RU大CO)12形成的配合物为催化剂的芳香硝基物水／有机两相CO选择还原反应。当反应条件为140oC、P（CO）＝4MPa，t—10hr时，邻氯硝基苯的转化率和邻氯苯胺的收率均达到 97％左右，选择性接近 100％。对含有搂基、氰基的芳香硝基物CO选择还原反应的转化率可达95％以上，选择性达到99％。这再次证实温控相转移催化在水／有机两相催化体系具有催化活性高和可以循坏使用等特点。 4、在考察反应条件的基础上，对邻氯硝基苯CO选择还原反应的动力学进行了研究。在催化剂 Rll3（C）9（pETpp）3浓度为 2．SX 10一 几、V(toldellC／V（water）＝4／4（mL）、413K、Pco＞3MPa时，反应速率方程可表示为：Rate＝k［Cat刁［Sub刁：Pco＜3MPa 时，反应速率方程可表示为：Rate＝k［Cat刁［Sub刁Pcoo‘’。反应的表观活化能：Ea－67．56kJ／mol。 5、通过对RhCI。／PETPP催化的邻氯硝基苯CO还原为邻氯苯胺反应及反应动力学的研究表明，在 n－7．5 X 10”’mol八 150℃、P／n一13、V（toluene）／V（water卜4／4（mL）、Pco－4MPa、t－32hr反应条件时，反应的转化率和收率均达到98％，选择性达99％。与RU大＊0），刃＊叩P催化体系相比，RhCI；NETPP催化体系的催化活性要低得多。PC杆3．ZMPC时，反应速率方程可表示为：Rate＝k厂at．亚Sub．l；Pcod．ZMPa时，反应速率方程可表示为：Rate＝k［Cat刁［Sub刁Pcoo·78。反应的表观活化能：Ea＝ 131．13 kJ／mol。 6、同时研究了水溶性磷／钉配合物R［13(C扣oETPPh在苯乙烯水／有机物两相加氢反应中的催化活性。考察了温度、压力等因素对反应的影响。在353K、P(H＊＜，t勺hr时，反应的转化率和选择性均高达100％。催化剂经20次循环后，其催化活性基本保持不变，反应的转化率仍达到98．2％。

全文目录


中文摘要  4-6
英文摘要  6-13
前言  13-15
第一章 文献综述  15-39
  1．1 引言  15
  1．2 芳香硝基物CO选择还原反应  15-27
    1．2．1 催化剂体系  15-18
      1．2．1．1 钌催化剂体系  16-17
      1．2．1．2 铑催化剂体系  17-18
      1．2．1．3 其它过渡金属催化剂体系  18
    1．2．2 配体  18-24
      1．2．2．1 胺配体  18-22
      1．2．2．2 膦配体  22-23
      1．2．2．3 水溶性配体  23-24
    1．2．3 反应机理  24-27
      1．2．3．1 金属氮烯机理  25
      1．2．3．2 金属环络合物机理  25-27
  1．3 水/有机两相催化  27-38
    1．3．1 水/有机两相催化  27-30
    1．3．2 温控相转移催化  30-36
      1．3．2．1 温控相转移催化的基本原理  30-32
      1．3．2．2 温控相转移催化的配体  32-34
      1．3．2．3 温控相转移催化的应用  34-36
    1．3．3 水/有机两相催化动力学  36-38
      1．3．3．1 没有任何添加剂时的动力学  36-37
      1．3．3．2 共溶剂对动力学的影响  37-38
  1．4 论文设想  38-39
参考文献  39-44
第二章 Ru_3（CO）_9（TPPTS）_3催化的芳香硝基物CO选择还原的研究  44-56
  2．1 引言  44
  2．2 实验方法  44-47
    2．2．1 试剂及预处理  44-45
    2．2．2 催化剂制备  45
    2．2．3 CO还原反应  45-46
    2．2．4 产物分析  46-47
  2．3 结果与讨论  47-54
    2．3．1 相转移剂的影响  47-48
    2．3．2 CTAB浓度的影响  48-49
    2．3．3 反应温度的影响  49-50
    2．3．4 CO压力的影响  50-51
    2．3．5 NaOH浓度的影响  51
    2．3．6 不同膦/钌催化体系的活性  51-52
    2．3．7 含氰基、氯、醛基取代基的芳香族化合物的CO选择还原  52-53
    2．3．8 催化剂循环使用活性考察  53-54
  2．4 小结  54-55
  参考文献  55-56
第三章 Ru/PETPP催化的芳香硝基物CO选择还原反应  56-68
  3．1 引言  56
  3．2 实验方法  56-60
    3．2．1 试剂、仪器及反应装置  56-59
    3．2．2 CO还原反应  59
    3．2．3 产物分析  59-60
  3．3 结果与讨论  60-64
    3．3．1 反应温度的影响  60
    3．3．2 反应压力的影响  60-61
    3．3．3 反应时间的影响  61-62
    3．3．4 催化剂浓度的影响  62
    3．3．5 催化剂循环使用活性考察  62-63
    3．3．6各种芳香硝基物和芳香物CO选择还原  63-64
  3．4 温控相转移催化考察  64-66
    3．4．1 水/有机两相体积比的影响  64-65
    3．4．2 不同膦/钌催化的芳香硝基物CO选择还原反应催化活性比较  65-66
  3．5 结论  66-67
  参考文献  67-68
第四章 Ru/PEO-DPPSA催化的芳香硝基物CO选择还原反应  68-79
  4．1 引言  68
  4．2 实验方法  68-70
    4．2．1 试剂、仪器及反应装置  68-70
    4．2．2 CO还原反应  70
    4．2．3 产物分析  70
  4．3 结果与讨论  70-75
    4．3．1 反应温度的影响  70-71
    4．3．2 反应压力的影响  71-72
    4．3．3 反应时间的影响  72
    4．3．4 反应物/催化剂摩尔比的影响  72-73
    4．3．5 含氯、羰基、氰基的芳香硝基物CO选择还原  73-74
    4．3．6 催化剂循环使用活性考察  74-75
  4．4 温控相转移催化与其他催化体系的比较  75-78
    4．4．1 不同催化体系中邻氯硝基苯CO还原反应催化活性的比较  75-76
    4．4．2 水/有机两相体积比对邻氯硝基苯CO还原反应的影响  76-78
  4．5 结论  78
  参考文献  78-79
第五章 Ru/PETPP催化的邻氯硝基苯CO还原为邻氯苯胺动力学研究  79-93
  5．1 引言  79-80
  5．2 实验方法  80-81
    5．2．1 试剂、仪器及反应装置  80
    5．2．2 反应动力测定方法及数据处理  80-81
  5．3 结果与讨论  81-92
    5．3．1 CO压力对反应速率的影响  81-84
    5．3．2 底物浓度对反应速率的影响  84-87
    5．3．3 催化剂浓度对反应速率的影响  87-89
    5．3．4 反应温度对反应速率的影响  89-92
  5．4 结论  92
  参考文献  92-93
第六章 Rh/PETPP催化邻氯硝基苯CO还原为邻氯苯胺的研究  93-108
  6．1 引言  93
  6．2 实验方法  93-94
    6．2．1 试剂、仪器及反应装置  93-94
    6．2．2 CO还原反应  94
    6．2．3 动力学测定及数据处理  94
    6．2．4 产物分析  94
  6．3 结果与讨论  94-106
    6．3．1 CO压力对反应的影响  94-97
    6．3．2 底物浓度对反应的影响  97-99
    6．3．3 催化剂浓度对反应的影响  99-102
    6．3．4 反应温度对反应的影响  102-105
    6．3．5 水/有机两相体积比对反应的影响  105-106
  6．4 结论  106-107
  参考文献  107-108
第七章 Ru/PETPP催化的苯乙烯水/有机两相加氢反应  108-114
  7．1 引言  108
  7．2 实验部分  108-109
    7．2．1 试剂、仪器及反应装置  108
    7．2．2 加氢反应及产物分析  108-109
  7．3 结果与讨论  109-112
    7．3．1 反应温度的影响  109-110
    7．3．2 压力的影响  110
    7．3．3 反应时间的影响  110-111
    7．3．4 不同膦/钌催化剂加氢活性比较  111
    7．3．5 催化剂循环使用活性考察  111-112
  7．4 小结  112
  参考文献  112-114
结论  114-116
附录  116-123
致谢  123-124
本论文创新点  124-126

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中图分类: > 数理科学和化学 > 化学 > 有机化学 > 芳香族化合物 > 芳香族含氮化合物 > 芳胺及其衍生物
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