NHPI类似物的合成表征及无溶剂催化氧化甲苯的研究

发布时间：2020-05-28 15:15

【摘要】：长期以来,烃类需氧氧化催化体系绝大多数都面临着环境污染、设备腐蚀等问题,在实际工业生产过程中应用前景并不乐观。近年来,有机小分子作为催化剂因其具有无污染、条件温和、无金属残留等优势,受到众多化学家的青睐。其中最重要的是以NHPI(N-羟基邻苯二甲酰亚胺)类氮氧自由基作为催化剂进行的氧化反应研究。本文通过羟胺化、磺化、酯化三步反应合成了含有长碳链酯与磺酸钠结构的NHPI类似物,结合红外光谱、核磁共振氢谱、质谱等分析手段对三步反应制备的产物进行了分析,确定了结构。为了研究NHPI类似物的复合催化氧化反应,本文还合成了一种新型芳香羧酸钴配合物-对羟甲基苯甲酸钴,并利用红外光谱与单晶衍射对其进行了表征。将三步反应制备的NHPI类似物与钴配合物单独应用于甲苯的无溶剂催化氧化,结果显示,三种NHPI类似物和钴类配合物均有一定的催化性能,NHPI类似物在底物甲苯中的溶解性对其无溶剂条件下的催化效果有较大影响。在无溶剂条件下,研究了长碳链酯-磺酸钠-NHPI单独催化分子氧氧化甲苯的反应。通过单因素实验得出该反应的最佳反应条件为:甲苯10g,催化剂4.16g(为甲苯摩尔质量的8%),温度140℃,氧气压力1.0MPa,反应时间3h。在此条件下,原料甲苯的转化率为10.32%,产物苯甲醛、醇、酸的总选择性为83.17%。通过钴催化剂对比试验发现,制备的对羟甲基苯甲酸钴单独催化甲苯无溶剂氧化的效率基本与工业常见钴催化剂相当。之后在无溶剂条件下,研究了复合催化体系长碳链酯-磺酸钠-NHPI/对羟甲基苯甲酸钴协同催化甲苯氧化的反应。通过单因素实验得出该反应的最佳反应条件为:甲苯10g,NHPI类似物/钴配合摩尔配比为1:0.2,复合催化剂用量为甲苯摩尔质量的3%,温度160℃,氧气压力1.2MPa,反应时间3h。在此条件下,原料甲苯的转化率为21.49%,产物苯甲醛、醇、酸的总选择性为94.43%。
【图文】：

催化氧化,有机物氧化,分子氧

样适用于部分芳香化合物及烯烃化合物。在 1986 年，Forichier NHPI 催化芳香及环状化合物氧化的过程。纪九十年代，Ishii 等对 NHPI 催化有机物氧化的应用做出了重大shii 等[46]以 NHPI 为催化剂，催化了十余种芳香取代化合物分子氧得了理想的效果。之后，Ishii 等[47,48]尝试将 NHPI 应用于环烷烃的分子氧氧化中，实验证实了 NHPI 可以在一定程度上促进部分化过程。近十几年的研究中，NHPI 催化有机物氧化被研究者确认是一个前对于其催化氧化普遍认同的机理是，NHPI 中的氮羟基在氧气脱去一个氢原子，转变为 N-氧基邻苯二甲酰亚胺自由基(PIN基从底物的 C-H 键中夺取 H 转变回 NHPI，同时底物转变为碳自基底物再进一步与氧气反应生成一系列氧化产物。

苯环,单取代,衍生物,类似物

Wentzel 等[79]较早的研究了一系列苯环结构存在取代基的 NHPI 类似物，并应用于催化苄位取代苯的氧化。结果发现，若 NHPI 类似物的苯环结构上存在吸电子基团或者被氧化底物的苯环结构上带有供电子基团时，对于整体氧化反应的进行
【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ426;O621.251

【参考文献】