CN112876517A - 一种对位硝基取代的α-二亚胺铁催化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种对位硝基取代的α‑二亚胺铁催化剂及其制备方法;该对位硝基取代的α‑二亚胺铁催化剂的制备包括如下步骤:以无水甲醇为溶剂,甲酸为催化剂,2‑苯基‑4‑硝基‑6‑异丙基苯胺与二酮发生取代反应,得到对位硝基取代的α‑二亚胺配体;N2保护下,对位硝基取代的α‑二亚胺配体与FeCl2进行配位得到α‑二亚胺铁催化剂;在α‑二亚胺铁催化剂的对位引入硝基,使α‑二亚胺铁催化剂的电子云密度下降,有利于1‑丁烯的配位插入,提高α‑二亚胺铁催化剂的催化活性,催化1‑丁烯聚合反应得到具有倾点低、粘度指数高的高级润滑油基础油。
Description
技术领域
本发明属于烯烃催化聚合领域,具体涉及一种对位硝基取代的α-二亚胺铁催化剂及其制备方法。
背景技术
聚1-丁烯由1-丁烯聚合而成的一种热塑性树脂,是半透明、无色、无臭固体,分子结构规整,其耐化学性、耐老化性和电绝缘性均与聚丙烯相近,但其有一独特性能,即从熔体状态冷却结晶后,需在室温放置三四日方能变为较稳定的晶型,强度和刚度也随之提高。
目前对1-丁烯的聚合研究主要集中于自由基聚合中,自由基聚合反应速度快,聚合物分子量高,但聚合反应不可控,基于此,本发明提供一种α-二亚胺铁催化剂,该催化剂具有较高的催化活性,且催化1-丁烯聚合分子量可控。
发明内容
为了克服现有技术的不足,提供一种对位硝基取代的α-二亚胺铁催化剂及其制备方法,在α-二亚胺铁催化剂的对位引入硝基,使α-二亚胺铁催化剂的电子云密度下降,有利于1-丁烯的配位插入,提高α-二亚胺铁催化剂的催化活性,催化1-丁烯聚合反应得到具有倾点低、粘度指数高的高级润滑油基础油。
为实现上述目的,本发明提供一种对位硝基取代的α-二亚胺铁催化剂,所述α-二亚胺铁催化剂的结构式为:
一种对位硝基取代的α-二亚胺铁催化剂的制备方法,包括如下步骤:
S1:制备对位硝基取代的α-二亚胺配体;
将2-苯基-4-硝基-6-异丙基苯胺与二酮加入到干燥的烧瓶中,以无水甲醇为溶剂,甲酸为催化剂,进行回流反应,反应完成后,过滤得到沉淀物,将得到的粗产品通过CH3OH/CH2Cl2的混合溶剂重结晶,过滤并用冷乙醇洗涤,真空干燥,得到对位硝基取代的α-二亚胺配体;
S2:制备对位硝基取代的α-二亚胺铁催化剂;
在N2保护下,将对位硝基取代的α-二亚胺配体与FeCl2混合,加入CH2Cl2,在室温下搅拌反应,过滤混合液,所得液体旋蒸除去溶剂,得到的固体用乙醚洗涤,最后真空干燥,得到催化剂。
上述反应具体合成步骤反应路线如下:
进一步的,步骤S1中,所述2-苯基-4-硝基-6-异丙基苯胺的结构式如下所示:
进一步的,步骤S1中,所述二酮的结构式如下所示:
进一步的,步骤S1中,所述甲酸的用量为2-苯基-4-硝基-6-异丙基苯胺质量的1%~10%。
进一步的,步骤S1中,所述2-苯基-4-硝基-6-异丙基苯胺与二酮的摩尔比为2:1~2.5:1。
进一步的,步骤S1中,所述回流反应的温度为25~60℃,时间为12~24h。
进一步的,步骤S2中所述对位硝基取代的α-二亚胺配体与FeCl2以1:1~1:2的摩尔比混合;搅拌反应的时间为12~24h。
所述FeCl2的制备方法为:将氯化铁与乙腈以1:8~1:50的摩尔比混合,在60~70℃下回流5~10h,过滤,浓缩,真空干燥,得粉末状固体FeCl2。
所述α-二亚胺铁催化剂用于催化1-丁烯进行低聚反应,具体的流程为:过程为向250ml的聚合瓶中加入α-二亚胺铁催化剂和经过干燥处理的溶剂100ml并搅拌、脱气,在反应温度下加入1-丁烯,在快速搅拌下反应,反应结束后,蒸发溶剂,得到油状低聚物。
进一步的,所述聚合反应中1-丁烯用量为10~50g,催化剂的用量为1~10μmol,反应温度控制在0~60℃,反应时间为30~120min,反应压力为1~10atm,采用甲基铝氧烷作为助催化剂,催化剂与所述助催化剂的摩尔比为1:100。
聚合反应得到的油状低聚物用于制备高级润滑油基础油。
本发明提供的对位硝基取代的α-二亚胺铁催化剂,在α-二亚胺铁催化剂的对位引入硝基,使α-二亚胺铁催化剂的电子云密度下降,有利于1-丁烯的配位插入,提高α-二亚胺铁催化剂的催化活性,催化1-丁烯聚合反应得到具有倾点低、粘度指数高的高级润滑油基础油。
本发明与现有技术相比,具备如下有益效果:
1、对位硝基取代的α-二亚胺铁催化剂由于在亚胺氮原子对位引入了硝基基团,在α-二亚胺铁催化剂的对位引入硝基,使α-二亚胺铁催化剂的电子云密度下降,有利于1-丁烯的配位插入,提高α-二亚胺铁催化剂的催化活性,催化1-丁烯聚合反应得到具有倾点低、粘度指数高的高级润滑油基础油。
2、本发明催化剂应用于丁烯聚合反应当中,能够完美替代自由基聚合催化剂,降低了工艺成本,反应条件温和,不需要在苛刻的无水无氧条件下进行,极大地降低了工艺难度。
附图说明
图1为二亚胺氯化铁的单晶衍射图。
具体实施方式
下面结合具体实施例,进一步阐明本发明。
实施例1:
本实施例是来制备对位硝基取代的α-二亚胺铁催化剂,其具体的制备过程如下:
S1:α-二亚胺配体的合成:
将2-苯基-4-硝基-6-异丙基苯胺(20mmol)和二酮(10mmol)溶解于30mL无水甲醇中,在搅拌下加入0.25g甲酸,在45℃下回流反应40h,除去溶剂,得粗产品,然后再用CH3OH/CH2Cl2(v/v=15:1)混合溶剂重结晶,析出固体沉淀,过滤干燥得到α-二亚胺配体,产率为78.2%。
其反应式如下:
S2:α-二亚胺铁催化剂的合成:
在N2保护下,向100mL干燥的烧瓶中加入上述α-二亚胺配体(0.50mmol),再加入FeCl2(5mmol)和30mL CH2Cl2,在室温下搅拌反应24h,过滤悬浮液,过滤混合液,所得液体在真空下除去溶剂,得到的固体用乙醚(3×30mL)洗涤三次洗涤,最后真空干燥得到固体α-二亚胺铁催化剂,产率为86.4%。
其反应式如下:
实施例2:
本实施例中利用实施例1得到的催化剂来催化1-丁烯齐聚,其具体的过程为:将带有磁搅拌子的250mL聚合瓶真空-氮气循环置换三次,在N2气氛下,加入100mL甲苯溶液,通入10g 1-丁烯,然后用注射器加入催化剂的二氯甲烷溶液(5mL),在0℃下、1atm下聚合反应30min后,加入100mL 3%盐酸/甲醇溶液终止反应,振荡沉淀出聚合产物,过滤沉淀物,用无水甲醇充分洗涤,50℃真空干燥12h,得低聚合物A。
实施例3:
本实施例中利用实施例1得到的催化剂来催化1-丁烯齐聚,其具体的过程为:将带有磁搅拌子的250mL聚合瓶真空-氮气循环置换三次,在N2气氛下,加入100mL甲苯溶液,通入10g 1-丁烯和MAO(Al/Fe摩尔比=100),然后用注射器加入催化剂的二氯甲烷溶液(5mL),在0℃下、5atm下聚合反应30min后,加入100mL 3%盐酸/甲醇溶液终止反应,振荡沉淀出聚合产物,过滤沉淀物,用无水甲醇充分洗涤,50℃真空干燥12h,得低聚合物B。
实施例4:
本实施例中利用实施例1得到的催化剂来催化1-丁烯齐聚,其具体的过程为:将带有磁搅拌子的250mL聚合瓶真空-氮气循环置换三次,在N2气氛下,加入100mL甲苯溶液,通入10g 1-丁烯和MAO(Al/Fe摩尔比=100),然后用注射器加入催化剂的二氯甲烷溶液(5mL),在0℃下、10atm下聚合反应30min后,加入100mL 3%盐酸/甲醇溶液终止反应,振荡沉淀出聚合产物,过滤沉淀物,用无水甲醇充分洗涤,50℃真空干燥12h,得低聚合物C。
实施例5:
本实施例中利用实施例1得到的催化剂来催化1-丁烯齐聚,其具体的过程为:将带有磁搅拌子的250mL聚合瓶真空-氮气循环置换三次,在N2气氛下,加入100mL甲苯溶液,通入10g 1-丁烯和MAO(Al/Fe摩尔比=100),然后用注射器加入催化剂的二氯甲烷溶液(5mL),在20℃下、1atm下聚合反应30min后,加入100mL 3%盐酸/甲醇溶液终止反应,振荡沉淀出聚合产物,过滤沉淀物,用无水甲醇充分洗涤,50℃真空干燥12h,得低聚合物D。
实施例6:
本实施例中利用实施例1得到的催化剂来催化1-丁烯齐聚,其具体的过程为:将带有磁搅拌子的250mL聚合瓶真空-氮气循环置换三次,在N2气氛下,加入100mL甲苯溶液,通入10g 1-丁烯和MAO(Al/Fe摩尔比=100),然后用注射器加入催化剂的二氯甲烷溶液(5mL),在20℃下、5atm下聚合反应30min后,加入100mL 3%盐酸/甲醇溶液终止反应,振荡沉淀出聚合产物,过滤沉淀物,用无水甲醇充分洗涤,50℃真空干燥12h,得低聚合物E。
实施例7:
本实施例中利用实施例1得到的催化剂来催化1-丁烯齐聚,其具体的过程为:将带有磁搅拌子的250mL聚合瓶真空-氮气循环置换三次,在N2气氛下,加入100mL甲苯溶液,通入10g 1-丁烯和MAO(Al/Fe摩尔比=100),然后用注射器加入催化剂的二氯甲烷溶液(5mL),在20℃下、10atm下聚合反应30min后,加入100mL 3%盐酸/甲醇溶液终止反应,振荡沉淀出聚合产物,过滤沉淀物,用无水甲醇充分洗涤,50℃真空干燥12h,得低聚合物F。
实施例8:
本实施例中利用实施例1得到的催化剂来催化1-丁烯齐聚,其具体的过程为:将带有磁搅拌子的250mL聚合瓶真空-氮气循环置换三次,在N2气氛下,加入100mL甲苯溶液,通入10g 1-丁烯和MAO(Al/Fe摩尔比=100),然后用注射器加入催化剂的二氯甲烷溶液(5mL),在40℃下、1atm下聚合反应30min后,加入100mL 3%盐酸/甲醇溶液终止反应,振荡沉淀出聚合产物,过滤沉淀物,用无水甲醇充分洗涤,50℃真空干燥12h,得低聚合物G。
实施例9:
本实施例中利用实施例1得到的催化剂来催化1-丁烯齐聚,其具体的过程为:将带有磁搅拌子的250mL聚合瓶真空-氮气循环置换三次,在N2气氛下,加入100mL甲苯溶液,通入10g 1-丁烯和MAO(Al/Fe摩尔比=100),然后用注射器加入催化剂的二氯甲烷溶液(5mL),在40℃下、5atm下聚合反应30min后,加入100mL 3%盐酸/甲醇溶液终止反应,振荡沉淀出聚合产物,过滤沉淀物,用无水甲醇充分洗涤,50℃真空干燥12h,得低聚合物H。
实施例10:
本实施例中利用实施例1得到的催化剂来催化1-丁烯齐聚,其具体的过程为:将带有磁搅拌子的250mL聚合瓶真空-氮气循环置换三次,在N2气氛下,加入100mL甲苯溶液,通入10g 1-丁烯和MAO(Al/Fe摩尔比=100),然后用注射器加入催化剂的二氯甲烷溶液(5mL),在40℃下、10atm下聚合反应30min后,加入100mL 3%盐酸/甲醇溶液终止反应,振荡沉淀出聚合产物,过滤沉淀物,用无水甲醇充分洗涤,50℃真空干燥12h,得低聚合物I。
实施例11:
本实施例中利用实施例1得到的催化剂来催化1-丁烯齐聚,其具体的过程为:将带有磁搅拌子的250mL聚合瓶真空-氮气循环置换三次,在N2气氛下,加入100mL甲苯溶液,通入10g 1-丁烯和MAO(Al/Fe摩尔比=100),然后用注射器加入催化剂的二氯甲烷溶液(5mL),在60℃下、1atm下聚合反应30min后,加入100mL 3%盐酸/甲醇溶液终止反应,振荡沉淀出聚合产物,过滤沉淀物,用无水甲醇充分洗涤,50℃真空干燥12h,得低聚合物J。
实施例12:
本实施例中利用实施例1得到的催化剂来催化1-丁烯齐聚,其具体的过程为:将带有磁搅拌子的250mL聚合瓶真空-氮气循环置换三次,在N2气氛下,加入100mL甲苯溶液,通入10g 1-丁烯和MAO(Al/Fe摩尔比=100),然后用注射器加入催化剂的二氯甲烷溶液(5mL),在60℃下、5atm下聚合反应30min后,加入100mL 3%盐酸/甲醇溶液终止反应,振荡沉淀出聚合产物,过滤沉淀物,用无水甲醇充分洗涤,50℃真空干燥12h,得低聚合物K。
实施例13:
本实施例中利用实施例1得到的催化剂来催化1-丁烯齐聚,其具体的过程为:将带有磁搅拌子的250mL聚合瓶真空-氮气循环置换三次,在N2气氛下,加入100mL甲苯溶液,通入10g 1-丁烯和MAO(Al/Fe摩尔比=100),然后用注射器加入催化剂的二氯甲烷溶液(5mL),在60℃下、10atm下聚合反应30min后,加入100mL 3%盐酸/甲醇溶液终止反应,振荡沉淀出聚合产物,过滤沉淀物,用无水甲醇充分洗涤,50℃真空干燥12h,得低聚合物L。
实施例14:
本实施例中利用实施例1得到的催化剂来催化1-丁烯齐聚,其具体的过程为:将带有磁搅拌子的250mL聚合瓶真空-氮气循环置换三次,在N2气氛下,加入100mL甲苯溶液,通入10g 1-丁烯和MAO(Al/Fe摩尔比=100),然后用注射器加入催化剂的二氯甲烷溶液(5mL),在60℃下、1atm下聚合反应60min后,加入100mL 3%盐酸/甲醇溶液终止反应,振荡沉淀出聚合产物,过滤沉淀物,用无水甲醇充分洗涤,50℃真空干燥12h,得低聚合物M。
实施例15:
本实施例中利用实施例1得到的催化剂来催化1-丁烯齐聚,其具体的过程为:将带有磁搅拌子的250mL聚合瓶真空-氮气循环置换三次,在N2气氛下,加入100mL甲苯溶液,通入10g 1-丁烯和MAO(Al/Fe摩尔比=100),然后用注射器加入催化剂的二氯甲烷溶液(5mL),在60℃下、1atm下聚合反应120min后,加入100mL 3%盐酸/甲醇溶液终止反应,振荡沉淀出聚合产物,过滤沉淀物,用无水甲醇充分洗涤,50℃真空干燥12h,得低聚合物N。
本实施例中对实施例2~15得到的低聚合物A~N以及经过自由基聚合得到的低聚合物O进行常规加氢饱和后,进行理化性能数据检测,具体的数据列于表1。
表1低聚物理化性能表。
本实施例中使用PL-GPC220高温凝胶渗透色谱系统,在150℃下测定聚合物的分子量及分子量分布;根据GB265-88和GB/T1995-88中规定的方法测定聚合物的运动粘度;根据GB/T3535规定的方法测定聚合物的倾点。
根据上表可知,制备得到的α-二亚胺催化剂催化1-丁烯聚合具有较高的活性,与高活性的自由基聚合相比,相差不大;但得到的低聚合物A~N与低聚合物O相比分子量分布更窄,低聚合物A~N比低聚合物O倾点更低、粘度指数更高,所以通过低聚合物A~N制备得到的高级润滑油基础油具有更低的倾点和更高的粘度指数,通过低聚合物A~N制备得到的高级润滑油提升了高级润滑油的性能。
上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围。
Claims (10)
2.根据权利要求1所述的一种对位硝基取代的α-二亚胺铁催化剂的制备方法,其特征在于:包括如下步骤:
S1:制备对位硝基取代的α-二亚胺配体;
将2-苯基-4-硝基-6-异丙基苯胺与二酮加入到干燥的烧瓶中,以无水甲醇为溶剂,甲酸为催化剂,进行回流反应,反应完成后,过滤得到沉淀物,将得到的粗产品通过CH3OH/CH2Cl2的混合溶剂重结晶,过滤并用冷乙醇洗涤,真空干燥,得到对位硝基取代的α-二亚胺配体;
S2:制备对位硝基取代的α-二亚胺铁催化剂;
在N2保护下,将对位硝基取代的α-二亚胺配体与FeCl2混合,加入CH2Cl2,在室温下搅拌反应,过滤混合液,所得液体在旋蒸下除去溶剂,得到的固体用乙醚洗涤,最后真空干燥,得到催化剂。
5.根据权利要求2所述的一种对位硝基取代的α-二亚胺铁催化剂的制备方法,其特征在于:步骤S1中,所述甲酸的用量为2-苯基-4-硝基-6-异丙基苯胺质量的1%~10%。
6.根据权利要求2所述的一种对位硝基取代的α-二亚胺铁催化剂的制备方法,其特征在于:步骤S1中,所述2-苯基-4-硝基-6-异丙基苯胺与二酮的摩尔比为2:1~2.5:1。
7.根据权利要求2所述的一种对位硝基取代的α-二亚胺铁催化剂的制备方法,其特征在于:步骤S1中,所述回流反应的温度为25~60℃,时间为12~24h。
8.根据权利要求2所述的一种对位硝基取代的α-二亚胺铁催化剂的制备方法,其特征在于:步骤S2中,所述对位硝基取代的α-二亚胺配体与FeCl2以1:1~1:2的摩尔比混合;搅拌反应的时间为12~24h。
9.根据权利要求1所述的一种对位硝基取代的α-二亚胺铁催化剂,其特征在于:所述α-二亚胺铁催化剂用于催化1-丁烯进行低聚反应,具体的流程为:过程为向250ml的聚合瓶中加入α-二亚胺铁催化剂和经过干燥处理的溶剂100ml并搅拌、脱气,在反应温度下加入1-丁烯,在快速搅拌下反应,反应结束后,蒸发溶剂,得到油状低聚物。
10.根据权利要求9所述的一种对位硝基取代的α-二亚胺铁催化剂,其特征在于:所述聚合反应中1-丁烯用量为10~50g,催化剂的用量为1~10μmol,反应温度控制在0~60℃,反应时间为30~120min,反应压力为1~10atm,采用甲基铝氧烷作为助催化剂,催化剂与所述助催化剂的摩尔比为1:100。
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