CN102658203A - 新型环氧化催化剂及制备方法和用途 - Google Patents

新型环氧化催化剂及制备方法和用途 Download PDF

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本发明公开了一种新型环氧化催化剂及制备方法和用途,它是以二氧钼加合物与8-羟基喹啉或邻菲哕啉为双齿配体合成四种钼(VI)配合物,四种钼(VI)配合物分别为一氯四氢呋喃二氧钼8-羟基喹啉盐;邻菲哕啉二氯二氧钼配合物;双(8-羟基喹啉盐)二氧钼配合物;邻菲哕啉乙酰丙酮二氧钼配合物,其结构式依次为:

Description

新型环氧化催化剂及制备方法和用途
技术领域
本发明涉及一类环氧化催化剂,尤其涉及一类新型环氧化催化剂制备方法和用途。 
背景技术
环氧化物重要的有机合成中间体,广泛用于石油化工、精细化工、有机合成等各行业,在国民经济中具有重要的地位。目前,国内环氧化物需求量较大,但主要依赖于进口,价格昂贵。烯烃的环氧化反应是制备环氧化物的重要有机合成反应之一。环氧化物制备方法有氯醇法、有机过酸法和过氧化氢法等,但有机过酸法和过氧化氢法等环氧化反应的用于工业生产,仍然有许多亟待解决的问题,目前大规模的环氧化物的生产还主要采用氯醇法,该工艺成熟,但环境污染严重。改用可回收利用的过渡金属配合物为催化剂、以副产物叔丁醇可再利用的叔丁基过氧化氢为氧化剂进行烯烃的环氧化,将实现绿色环保,具有实现清洁生产的意义。 
环氧化反应催化剂研究,一直是化学界研究的重要课题。目前报道较多的环氧化催化剂多为过渡金属配合物,例如,钼、钨、锰、钒、钴等过渡金属配合物催化剂。在以上几种过渡金属配合物中,钼配合物是催化活性较高、使用较多的一类催化剂,Mo配合物中有机配体L对钼配合物的催化活性影响较大。2002年,R.L.Luck等合成二氧化钼(钨)、过氧化钼(钨)和双过氧化钼(钨)配合物并用于催化以叔丁基过氧化氢(TBHP)为氧化剂的环辛烯环氧化反应,氧化环辛烯的产率达到100%。2003年章亚东等以MoO2(acac)2为催化剂,以TBHP为氧源,催化环己烯环氧化反应取得了理想的催化效果,但是该溶剂加合物不稳定,易于分解,不易回收。且这些过渡金属配合物的配体大多为四齿有机配体,或者配体合成较为复杂,或者催化剂回收利用比较困难。 
发明内容
为了解决作为环氧化催化剂的过渡金属配合物存在着不稳定,易于分解,不易回收且配体合成较为复杂,或者催化剂回收利用比较困难的问题,本发明的目的在于提供一种性能稳定、容易回收、合成方法简单、合成工艺易操作、且环氧化催化效果好的新型环氧化催化剂制备方法和用途。 
本发明的技术方案是以下述方式实现的: 
一种新型环氧化催化剂,它是以二氧钼加合物与8-羟基喹啉或邻菲哕啉为双齿配体合成四种钼(VI)配合物,四种钼(VI)配合物分别为一氯四氢呋喃二氧钼8-羟基喹啉盐;邻菲哕啉二氯二氧钼配合物;双(8-羟基喹啉盐)二氧钼配合物;邻菲哕啉乙酰丙酮二氧钼配合物,其结构式依次为: 
Figure BDA0000157816430000021
其中:结构式为(a)或(b)的钼(VI)配合物所用的二氧钼加合物为二氯氧钼与四氢呋喃溶剂加合物,分子式为MoO2C12(THF)2; 
结构式为(c)或(d)的钼(VI)配合物所用的二氧钼加合物为二氧钼乙酰丙酮加合物,份子式为MoO2(acac)2。 
上述钼(VI)配合物(a)新型环氧化催化剂的制备方法如下: 
按照1∶1~1∶1.5摩尔份数比,将1份8-羟基喹啉的四氢呋喃(THF)溶液滴加到含有1~1.5份溶剂加合物MoO2Cl2(THF)2的THF溶液中。搅拌30~50分钟,前者形成直黄色微晶沉淀,离心分离,用正己烷洗涤,真空干燥分别得到钼(VI)配合物(a)。 
上述钼(VI)配合物(b)新型环氧化催化剂的制备方法如下: 
按照1∶1~1∶1.5摩尔份数比,将1份邻菲哕啉的四氢呋喃(THF)溶液滴加到含有1~1.5份溶剂加合物MoO2Cl2(THF)2的THF溶液中,搅拌30~50分钟,形成淡粉色微晶沉淀,离心分离,用正己烷洗涤,真空干燥得到钼(VI)配合物(b)。 
上述钼(VI)配合物(c)新型环氧化催化剂的制备方法如下: 
按照2∶1~2∶1.5摩尔比,将2份8-羟基喹啉的无水醇溶液滴加到含有1~1.5份溶剂加合物MoO2(acac)2的30mL乙醇溶液中,搅拌10~30分钟形成橙黄色微晶沉淀,分离干燥得到钼(VI)配合物(c)。 
上述钼(VI)配合物(d)新型环氧化催化剂的制备方法如下: 
按照2∶1~2∶1.5摩尔比,将2份邻菲哕啉的无水醇溶液滴加到含有1~1.5份溶剂加合物MoO2(acac)2的30mL甲醇溶液中,搅拌10~30分钟,形成白色微晶沉淀,分离干燥得到钼(VI)配合物(d)。 
上述钼(VI)配合物在环氧化反应中的应用。 
环氧化反应包括环己烯、1-己烯、苯乙烯、4-氯苯乙烯、α-甲基苯乙烯、 1-甲基环己烯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸正丁酯。 
本发明的极积效果是: 
1、本发明提供的含8-羟基喹啉盐或邻菲哕啉配体的钼(VI)配合物,其性能稳定、容易回收、合成方法简单、合成工艺易操作、且环氧化催化效果好,底物普适性强的环氧化催化剂,催化剂活性高,选择性好,可以使环氧化工业生产效率提高、成本降低。 
2、本发明提供的新型环氧化催化剂,反应后处理操作简单,氧化反应产物与催化剂分离回收容易,产物易于纯化。 
3、本发明提供的新型环氧化催化剂表现出较高的稳定性,在循环使用多次仍可保持相对恒定的转化率和选择性。 
3、本发明提供的新型环氧化催化剂又一个优点是通过溶剂控制可以简单回收催化剂。 
具体实施方式
下面通过实例对本发明作进一步详细说明: 
二氧钼加合物的制备: 
①按照摩尔比,将0.01摩尔份的钼酸钠加入到含有20mL浓盐酸中,室温搅拌溶解,用300份乙醚分三次萃取,无水硫酸钠干燥过夜,旋蒸除去溶剂制得二氯二氧钼晶体,用四氢呋喃溶解二氯二氧钼晶体避光旋蒸,得到片状淡黄色二氯二氧钼与四氢呋喃溶剂加合物MoO2Cl2(THF)2。 
②将0.1摩尔份三氧化钼在加热下溶于30mL浓度为6mol/L的盐酸中,冷却后加入乙酰丙酮,析出白色晶体为二氧钼乙酰丙酮加合物MoO2(acac)2。 
实施例1 
一氯四氢呋喃二氧钼8-羟基喹啉盐(a)的制备:在搅拌下,将溶剂加合物MoO2Cl2(THF)2(0.5mmol)的四氢呋喃(THF)溶液20mL加入到配体8-羟基喹啉(0.5mmol)的20mL THF溶液中。溶液的颜色立即变为黄色。室温搅拌30分钟,形成直黄色微晶沉淀。分离沉淀,用正己烷洗涤三次,干燥得到一氯四氢呋喃二氧钼8-羟基喹啉盐配合物(a)固体,产率87%。 
实施例2 
邻菲哕啉二氯二氧钼配合物(b)制备:在搅拌下,将溶剂加合物MoO2Cl2(THF)2(0.5mmol)的四氢呋喃(THF)溶液20mL加入到配体邻菲哕啉(0.5mmol)的20mL THF溶液中,溶液的颜色立即变为淡粉色。室温搅拌50分钟,形成淡粉色沉淀。分离沉淀,用正己烷洗涤三次,得到淡粉红色微晶配合物(b),产率90%。 
实施例3 
双(8-羟基喹啉盐)二氧钼配合物(c)的制备:在搅拌下,将溶剂加合物MoO2(acac)2(0.5mmol)的无水乙醇溶液20mL加入到配体8-羟基喹啉(0.5mmol)的20mL乙醇溶液中。溶液的颜色立即变为橙黄色色。室温搅拌30分钟,形成橙黄色微晶沉淀。分离沉淀,用正己烷洗涤三次,干燥得到双(8-羟基喹啉盐)二氧钼配合物(c)固体,产率83%,室温以二氯乙烷和乙醇为溶剂,培养单晶。 
实施例4 
邻菲哕啉乙酰丙酮二氧钼配合物(d)制备:在搅拌下,将溶剂加合物MoO2(acac)2(0.5mmol)的无水乙醇溶液20mL加入到配体邻菲哕啉(0.5mmol)的20mL乙醇溶液中。溶液的颜色立即变为白色浑浊。室温搅拌35分钟,形成白色微晶沉淀。分离沉淀,用正己烷洗涤三次,干燥得到配合物(d)为白色微晶,产率为86%。 
所制备的配合物作为催化剂催化环氧化反应性能实施例: 
实施例1.1 
环己烯环氧化:在氮气保护下,0.01mmol配合物(a)溶于5mL叔丁基过氧化氢(TBHP)(约50mmol)和20mL 1,2-二氯乙烷(DCE)溶剂中,加入50mmol环己烯,升温至75℃,反应时间6h。反应的方程式为: 
Figure BDA0000157816430000061
以甲苯为内标,反应产物由天美7900气相色谱仪检测,反应转化率95%,化学选择性98%。 
实施例1.2 
1-己烯环氧化:在氮气保护下,0.01mmol配合物(a)溶于5mL叔丁基过氧化氢(TBHP)(约50mmol)和20mL 1,2-二氯乙烷(DCE)溶剂中,加入50mmol1-己烯,升温至65℃,反应时间6h。反应的方程式为: 
以甲苯为内标,反应产物由天美7900气相色谱仪检测,反应转化率94%,选择性大于99%。 
实施例1.3 
苯乙烯环氧化:在氮气保护下,0.01mmol配合物(a)溶于5mL叔丁基过氧化氢(TBHP)(约50mmol)和20mL 1,2-二氯乙烷(DCE)溶剂中,加入50mmol苯乙烯,升温至80℃,反应时间8h。反应的方程式为: 
Figure BDA0000157816430000063
以邻二氯苯为内标,反应产物由天美7900气相色谱仪检测,反应转化率85%,选择性98%。 
实施例1.4 
4-氯苯乙烯环氧化:在氮气保护下,0.01mmol配合物(a)溶于5mL叔丁基过氧化氢(TBHP)(约50mmol)和20mL 1,2-二氯乙烷(DCE)溶剂中,加入50mmol 4-氯苯乙烯,升温至80℃,反应时间8h。反应的方程式为: 
Figure BDA0000157816430000071
以邻二氯苯为内标,反应产物由天美7900气相色谱仪检测,反应转化率91%,选择性大于99%。 
实施例1.5 
丙烯酸甲酯环氧化:在氮气保护下,0.01mmol配合物(a)溶于3mL叔丁基过氧化氢(TBHP)(约30mmol)和30mL 1,2-二氯乙烷(DCE)溶剂中,加入30mmol丙烯酸甲酯,升温至60℃,反应时间12h。反应的方程式为: 
以邻二氯苯为内标,反应产物由天美7900气相色谱仪检测,反应转化率85%,选择性90%。 
实施例1.6 
甲基丙烯酸甲酯环氧化:在氮气保护下,0.01mmol配合物(a)溶于5mL叔丁基过氧化氢(TBHP)(约30mmol)和30mL 1,2-二氯乙烷(DCE)溶剂中,加入30mmol丙烯酸甲酯,升温至60℃,反应时间12h。反应的方程式为: 
以邻二氯苯为内标,反应产物由天美7900气相色谱仪检测,反应转化率91%,选择性95%。 
实施例1.7 
催化剂(a)的回收再利用:上述反应结束后,向反应液中加入非极性溶剂如正己烷,可以将催化剂(a)沉淀出来,洗涤干燥,按上述反应程序及摩尔比重新用于环氧化反应。回收催化剂对所有底物基本保持原来的催化活性。 
催化剂(a)对于其他底物的催化结果见表1。 
实施例1.8 
催化剂(b)用于环氧化反应催化性能:同一底物的环氧化反应程序同上, 反应结果见表2。 
实施例1.9 
催化剂(c)用于环氧化反应催化性能:同一底物的环氧化反应程序同上,反应结果见表2。 
实施例10.1 
催化剂(d)用于环氧化反应催化性能:同一底物的环氧化反应程序同上,反应结果见表2。 
表1:催化剂(a)催化环氧化反应结果 
Figure BDA0000157816430000081
*:催化剂回收使用四次的结果。 
表2:催化剂(b、c、d)催化环氧化反应结果 
Figure BDA0000157816430000101

Claims (9)

1.一种新型环氧化催化剂,它是以二氧钼加合物与8-羟基喹啉或邻菲哕啉为双齿配体合成四种钼(VI)配合物,四种钼(VI)配合物分别为一氯四氢呋喃二氧钼8-羟基喹啉盐;邻菲哕啉二氯二氧钼配合物;双(8-羟基喹啉盐)二氧钼配合物;邻菲哕啉乙酰丙酮二氧钼配合物,其结构式依次为:
Figure FDA0000157816420000011
2.根据权利要求1所述的新型环氧化催化剂,其特征在于:结构式为(a)或(b)的钼(VI)配合物所用的二氧钼加合物为二氯氧钼与四氢呋喃溶剂加合物,分子式为MoO2Cl2(THF)2
3.根据权利要求1所述的新型环氧化催化剂,其特征在于:结构式为(c)或(d)的钼(VI)配合物所用的二氧钼加合物为二氧钼乙酰丙酮加合物,分子式为MoO2(acac)2
4.一种根据权利要求2所述的新型环氧化催化剂的制备方法,其特征在于:钼(VI)配合物(a)的制备方法如下:
按照1∶1~1∶1.5摩尔份数比,将1份8-羟基喹啉的四氢呋喃(THF)溶液滴加到含有1~1.5份溶剂加合物MoO2Cl2(THF)2的THF溶液中,搅拌30~50分钟,形成直黄色微晶沉淀,离心分离,用正己烷洗涤,真空干燥分别得到钼(VI) 配合物(a)。
5.一种根据权利要求2所述的新型环氧化催化剂的制备方法,其特征在于:钼(VI)配合物(b)的制备方法如下:
按照1∶1~1∶1.5摩尔份数比,将1份邻菲哕啉的四氢呋喃(THF)溶液滴加到含有1~1.5份溶剂加合物MoO2Cl2(THF)2的THF溶液中,搅拌30~50分钟,形成淡粉色微晶沉淀,离心分离,用正己烷洗涤,真空干燥得到钼(VI)配合物(b)。
6.一种根据权利要求3所述的新型环氧化催化剂的制备方法,其特征在于:钼(VI)配合物(c)的制备方法如下:
按照2∶1~2∶1.5摩尔比,将2份8-羟基喹啉的无水醇溶液滴加到含有1~1.5份溶剂加合物MoO2(acac)2的醇溶液中,搅拌10~30分钟形成橙黄色微晶沉淀,分离干燥得到钼(VI)配合物(c)。
7.一种根据权利要求3所述的新型环氧化催化剂的制备方法,其特征在于:钼(VI)配合物(d)的制备方法如下:
按照2∶1~2∶1.5摩尔比,将2份邻菲哕啉的无水醇溶液滴加到含有1~1.5份溶剂加合物MoO2(acac)2的甲醇或乙醇溶液中,搅拌10~30分钟,形成白色微晶沉淀,分离干燥得到钼(VI)配合物(d)。
8.根据权利要求1、2或3所述的新型环氧化催化剂在环氧化反应中的应用。
9.根据权利要求8所述的新型环氧化催化剂在环氧化反应中的应用,其特征在于环氧化反应的反应底物包环己烯、1-己烯、苯乙烯、4-氯苯乙烯、α-甲基苯乙烯、1-甲基环己烯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸正丁酯。 
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