CN103012323A - 苯乙烯环氧化反应的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种苯乙烯环氧化反应的方法，主要解决以往文献都未公开采用钼Schiff碱络合物催化苯乙烯环氧化的问题。本发明通过采用以叔丁基过氧化氢和苯乙烯为原料，在溶剂存在下，在常压、反应温度为30～120℃，叔丁基过氧化氢与苯乙烯的摩尔比为(1～20)∶1条件下，反应原料与催化剂接触1～24小时生成环氧苯乙烷；其中所用的催化剂为2-乙酰基吡啶缩邻氨基酚钼络合物，其化学结构式如下：
Figure DDA0000109787860000011
其中，R1选自-OHR2或
Figure DDA0000109787860000012
R2为CnH2n+1，n＝2～10的技术方案较好地解决了该问题，可用于苯乙烯环氧化反应制备环氧苯乙烷的工业生产中。

Description

苯乙烯环氧化反应的方法
技术领域
本发明涉及一种苯乙烯环氧化反应的方法。
背景技术
Schiff碱是指含有亚胺或甲亚胺特性基团(-RC＝N-)的一类有机化合物，它是由醛酮的羰基与氨基在一定的条件下缩合生成的。由于C＝N键与苯环的超共轭作用，这类化合物一般都比较稳定。苯环含有-OH和-N等配位官能团的Schiff碱，分子内氢键作用使其具有刚性结构，极易作为多齿配体与高价金属形成络合物。因此，Schiff碱在配位化学中占有重要地位。
Schiff碱是一类重要的有机合成试剂和中间体。Schiff碱类化合物及其金属配合物在催化领域有重要应用。文献CN1651472A公开了一种含烯烃氧基的Schiff碱IVB族配合物，它以烃基取代的水杨醛缩合对氨基苯基烯烃基醚的产物为配体，以钛或锆为活性中心，制备出用于乙烯聚合的催化剂。文献CN1814645A公开了一种用于丙交酯开环聚合的Schiff碱铝催化剂制备方法，其特征在于以β-二酮类Schiff碱与乙基铝反应生成的产物及其衍生物为催化剂，用于丙交酯开环聚合。文献CN101108367A公开了一种用于合成苯甲醛的催化剂及制备方法，其特征在于以铬为活性中心，邻苯二胺缩水杨醛为配体，制得铬Schiff碱配合物，再以硅胶为载体，以此为催化剂催化苯甲醇氧化合成苯甲醛。文献CN101020747A公开了一种用于合成聚碳酸酯的催化剂，它以含季铵盐或季磷盐基团的水杨醛缩合二胺或三胺类化合物产物为配体，钴、铬或铝为活性中心。但迄今为止，未见钼Schiff碱络合物的报道。
环氧苯乙烷可以用作环氧树脂稀释剂、UV吸收剂、增香剂，同时也是有机合成、制药工业、香料工业的重要中间体，如环氧苯乙烷与氢气加成制备β-苯乙醇，广泛用于花香型日用香精、白酒、咖啡、饮料、糕点等食品中；环氧苯乙烷还是合成盐酸左旋咪唑的重要中间体，盐酸左旋咪唑是一种广谱性驱肠虫药，可以提高病人对细菌和病毒的抵抗力，目前正试用于某些恶性肿瘤和癌症的术后辅助治疗。因此，无论在工业化生产还是有机合成方面环氧苯乙烷都倍受关注。工业上环氧苯乙烷的生产采用传统的卤醇法和过氧酸直接氧化法。卤醇法生产环氧苯乙烷流程短，工艺成熟，操作弹性较大，选择性好，收率高，建设投资少。但对设备腐蚀严重，生产过程中产生大量的含卤废水，造成严重的环境污染。过氧酸直接氧化法所用的有机过氧酸价格比较昂贵，难以从反应物中分离出来，生产技术要求高。因而，在温和的条件下直接催化苯乙烯环氧化的研究越来越受到重视。Schiff碱金属配合物催化剂以其优异的催化性能、制备简单、性能稳定等优点受到广泛的重视。
R.Krishnan和S.Vancheesan等报道的Mn(II)-Schiff碱催化体系中，苯乙烯转化率与环氧苯乙烷选择性分别为49％和63％(J.Mol.Catal.A：Chem.1999，142：377-362)。Kureshy等考察了Mn(II)-，Ru(II)-Schiff碱配合物对苯乙烯环氧化反应的催化性能，以Mn(II)一Schiff碱配合物为催化剂，在温度为25℃、反应180min后，氧化苯乙烯的收率为42％，而以Ru(II)-Schiff碱配合物为催化剂，氧化苯乙烯的收率仅为26％，而且这两种催化剂的稳定性较差。中国科学院的王晓丽、吴功德等人2007年合成了Schiff碱铬(III)配合物，并将其用于苯乙烯环氧化，在乙腈为溶剂，n(H2O2)/n(styrene)＝4，温度0℃，反应时间为4h的条件下，苯乙烯的转化率为30.2％，环氧苯乙烷的选择性为16.9％。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是以往文献都未公开采用钼Schiff碱络合物催化苯乙烯环氧化的问题，提供一种新的苯乙烯环氧化反应的方法。该方法具有催化剂制备方法简单，成本低，反应条件温和，可操作性强的特点。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种苯乙烯环氧化反应的方法，以叔丁基过氧化氢和苯乙烯为原料，在溶剂存在下，在常压、反应温度为30～120℃，叔丁基过氧化氢与苯乙烯的摩尔比为(1～20)∶1条件下，反应原料与催化剂接触1～24小时生成环氧苯乙烷；其中所用的催化剂为2-乙酰基吡啶缩邻氨基酚钼络合物，其化学结构式如下：
Figure BDA0000109787840000021
其中，R1选自-OHR2或
Figure BDA0000109787840000022
R2为CnH2n+1，n＝2～10。
上述技术方案中，R1选自-OHC2H5或
上述技术方案中，所述溶剂选自乙腈、甲苯、苯、N，N-二甲基甲酰胺或硝基苯中的至少一种，溶剂与苯乙烯的摩尔比为(1～50)∶1。反应温度优选范围为60～100℃，反应时间优选范围为3～12小时，叔丁基过氧化氢与苯乙烯的摩尔比优选范围为(1～3)∶1。
本发明中所用的催化剂2-乙酰基吡啶缩邻氨基酚钼络合物的制备方法，包括以下步骤：2-乙酰吡啶与邻氨基酚在溶剂中于10～100℃反应10～360分钟后静置，1～15天后析出物经分离干燥，得到2-乙酰基吡啶缩邻氨基酚Schiff碱络合物；将2-乙酰基吡啶缩邻氨基酚Schiff碱络合物在溶剂中于10～100℃搅拌至完全溶解，加入钼前驱体，在10～100℃继续反应30～360分钟，析出物经分离干燥，得到所述2-乙酰基吡啶缩邻氨基酚钼络合物；其中，邻氨基酚、溶剂、2-乙酰吡啶与钼前驱体的摩尔比为1∶(8.6～800)∶(0.25～4)∶(0.1～10)。所述钼前驱体选自乙酰丙酮钼；所述溶剂选自
Figure BDA0000109787840000032
或者CnH2n+2，其中n＝2～10；优选方案为选自C2H5OH。
本发明中的2-乙酰基吡啶缩邻氨基酚钼络合物制备方法工艺简单；反应条件温和，操作简单、安全；以乙酰丙酮钼MoO2(acac)2作为廉价的钼前驱体，成本低，且绿色环保，对环境友好；制备的2-乙酰基吡啶缩邻氨基酚钼络合物稳定性较好；对烯烃的氧化表现出优异的催化性能。采用本发明方法，在80℃、常压、叔丁基过氧化氢与苯乙烯的摩尔比为2∶1的条件下，苯乙烯转化率可达69.35％，环氧苯乙烷的选择性可达80.19％，取得了较好的技术效果。
附图说明
图1为本发明中的2-乙酰基吡啶缩邻氨基酚钼络合物的红外分析光谱。
图1中，具体的IR吸收带分配如下：
注：Vs为对称伸缩振动，Vas为非对称伸缩振动。
下面通过实施例对本发明作进一步的阐述。
具体实施方式
【实施例1】
称取10毫摩尔邻氨基酚，放入含20毫升无水乙醇的圆底烧瓶(50毫升)中，50℃加热搅拌，待邻氨基酚完全溶解后加入10毫摩尔2-乙酰吡啶，搅拌1小时后静置，6天后将浅黄色多面体晶体抽滤分离，以少量乙醇洗涤即得2-乙酰基吡啶缩邻氨基酚Schiff碱络合物。
称取5mmol 2-乙酰基吡啶缩邻氨基酚，放入含15ml无水乙醇的圆底烧瓶(50ml)中，75℃加热搅拌，待2-乙酰基吡啶缩邻氨基酚完全溶解后加入5mmol乙酰丙酮钼，搅拌褐色粉末析出，继续加热搅拌2小时后冷却抽滤，乙醇洗涤后真空40℃干燥得褐色粉末产物，其结构式如下，其红外分析光谱见图1。
Figure BDA0000109787840000041
【实施例2】
称取10毫摩尔邻氨基酚，放入含20毫升吡啶的圆底烧瓶(50毫升)中，50℃加热搅拌，待邻氨基酚完全溶解后加入10毫摩尔2-乙酰吡啶，搅拌1小时后静置，6天后将浅黄色多面体晶体抽滤分离，以少量乙醇洗涤即得2-乙酰基吡啶缩邻氨基酚Schiff碱络合物。
称取5mmol 2-乙酰基吡啶缩邻氨基酚，放入含15ml吡啶的圆底烧瓶(50ml)中，75℃加热搅拌，待2-乙酰基吡啶缩邻氨基酚完全溶解后加入5mmol乙酰丙酮钼，搅拌褐色粉末析出，继续加热搅拌2小时后冷却抽滤，吡啶洗涤后真空40℃干燥得产物，其结构式如下，其红外分析光谱与图1相似。
Figure BDA0000109787840000051
【实施例3】
取苯乙烯2.5mmol(0.29ml)，叔丁基过氧化氢(TBHP)5mmol(0.72ml)，苯6ml作溶剂，0.025mmol催化剂，加入25ml单口烧瓶中，置于80℃油浴搅拌，冷凝回流9h。苯乙烯与催化剂的摩尔比为100∶1。
反应结果：苯乙烯的转化率为69.35％，环氧苯乙烷的选择性为80.19％。

Claims (4)

1.一种苯乙烯环氧化反应的方法，以叔丁基过氧化氢和苯乙烯为原料，在溶剂存在下，在常压、反应温度为30～120℃，叔丁基过氧化氢与苯乙烯的摩尔比为(1～20)∶1条件下，反应原料与催化剂接触1～24小时生成环氧苯乙烷；其中所用的催化剂为2-乙酰基吡啶缩邻氨基酚钼络合物，其化学结构式如下：
其中，R1选自-OHR2或
Figure FDA0000109787830000012
R2为CnH2n+1，n＝2～10。
2.根据权利要求1所述苯乙烯环氧化反应的方法，其特征在于R1选自-OHC2H5或
Figure FDA0000109787830000013
3.权利要求1所述苯乙烯环氧化反应的方法，其特征在于所述溶剂选自乙腈、甲苯、苯、N，N-二甲基甲酰胺或硝基苯中的至少一种，溶剂与苯乙烯的摩尔比为(1～50)∶1。
4.权利要求1所述苯乙烯环氧化反应的方法，其特征在于反应温度为60～100℃，反应时间为3～12小时，叔丁基过氧化氢与苯乙烯的摩尔比为(1～3)∶1。
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