RU2681950C1 - Catalyst, method for preparation thereof and method for preparation of substituted quinones - Google Patents

Catalyst, method for preparation thereof and method for preparation of substituted quinones Download PDF

Info

Publication number
RU2681950C1
RU2681950C1 RU2018111572A RU2018111572A RU2681950C1 RU 2681950 C1 RU2681950 C1 RU 2681950C1 RU 2018111572 A RU2018111572 A RU 2018111572A RU 2018111572 A RU2018111572 A RU 2018111572A RU 2681950 C1 RU2681950 C1 RU 2681950C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
catalyst
hydrogen peroxide
polyoxotungstate
nitrogen
oxidation
Prior art date
Application number
RU2018111572A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Оксана Анатольевна Холдеева
Ольга Юрьевна Подъячева
Василий Юрьевич Евтушок
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук (ИК СО РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук (ИК СО РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук (ИК СО РАН)
Priority to RU2018111572A priority Critical patent/RU2681950C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2681950C1 publication Critical patent/RU2681950C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/16Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
    • B01J23/20Vanadium, niobium or tantalum
    • B01J23/22Vanadium
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/16Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
    • B01J23/24Chromium, molybdenum or tungsten
    • B01J23/30Tungsten
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J27/00Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J27/00Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
    • B01J27/24Nitrogen compounds
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00Manufacture or treatment of nanostructures
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C46/00Preparation of quinones
    • C07C46/02Preparation of quinones by oxidation giving rise to quinoid structures
    • C07C46/06Preparation of quinones by oxidation giving rise to quinoid structures of at least one hydroxy group on a six-membered aromatic ring

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.SUBSTANCE: invention relates to a method for producing substituted quinones, including 2,3,5-trimethyl-1,4-benzoquinone (TMBQ), a key intermediate in the synthesis of vitamin E, widely used in medical practice and animal husbandry, as well as to the synthesis of catalysts for this method. Catalyst is described for the process of producing substituted quinones by oxidizing aromatic compounds with hydrogen peroxide, including vanadium-containing polyoxotungstate TBAH[γ-PVWO], where n=1, mounted on a solid carrier - nitrogen-containing carbon material, which is a nanotube or nanofibres, the content of polyoxotungstate in the catalyst is 5–25 wt. %. Method of preparation of this heterogeneous catalyst is that a carrier - nitrogen-containing carbon material - is added to the solution of polyoxotungstate in acetonitrile, which is a nanotube or nanofibres, and mineral acid, the resulting catalyst is separated by filtration from the solution and dried. Method for producing substituted quinones by oxidation of aromatics with hydrogen peroxide in the presence of the catalyst described above, including vanadium-containing polyoxotungstate, is also proposed TBAH[γ-PVWO], where n=1, in the environment of the aromatic solvent - acetonitrile.EFFECT: creation of an effective heterogeneous catalyst for the oxidation of substituted phenols to quinones, a high-tech method for its preparation and the catalytic method of oxidation of substituted phenols to quinones using a cheap and environmentally friendly oxidant - hydrogen peroxide.13 cl, 1 dwg, 2 tbl, 38 ex

Description

Изобретение относится к способу получения замещенных хинонов, в том числе, 2,3,5-триметил-1,4-бензохинона (ТМБХ) - ключевого интермедиата в синтезе витамина Е, широко применяемого в медицинской практике и животноводстве, а также к синтезу катализаторов для этого способа.The invention relates to a method for producing substituted quinones, including 2,3,5-trimethyl-1,4-benzoquinone (TMBH), a key intermediate in the synthesis of vitamin E, widely used in medical practice and animal husbandry, and also to the synthesis of catalysts for of this method.

Способы получения алкилзамещенных хинонов из соответствующих алкилфенолов делятся на три основные группы: 1) стехиометрическое окисление неорганическими окислителями - соединениями марганца(IV) и хрома(VI), азотной кислотой и др., 2) гомогенное каталитическое окисление в присутствии комплексов переходных металлов и 3) гетерогенное каталитическое окисление в присутствии твердофазных катализаторов, содержащих переходные металлы. При стехиометрическом окислении используются большие количества дорогих и токсичных окислительных агентов, что приводит к возникновению проблем, связанных с утилизацией большого количества токсичных отходов. Поэтому каталитические способы окисления гораздо более приемлемы как с точки зрения экологии, так и с точки зрения экономики. Наибольший интерес представляют каталитические способы получения хинонов из замещенных фенолов, основанные на использовании экологически безопасных окислителей (молекулярного кислорода и пероксида водорода), которые в качестве единственного побочного продукта дают воду [О.А. Kholdeeva, O.V. Zalomaeva, Recent advances in transition-metal catalyzed selective oxidation of phenols and methoxyarenes using environmentally benign oxidants, Coord. Chem. Rev. 306 (2016) 302-330]. Хотя стоимость пероксида водорода выше, чем стоимость кислорода, в малотоннажных процессах тонкого органического синтеза использование первого часто оказывается предпочтительным, поскольку стоимость технологического оборудования для окисления пероксидом водорода ниже, чем для окисления кислородом [R.A. Sheldon, J. Dakka. Heterogeneous catalytic oxidations in the manufacture of fine chemicals. Catalysis Today 19 (1994) 215].The methods for producing alkyl substituted quinones from the corresponding alkyl phenols are divided into three main groups: 1) stoichiometric oxidation with inorganic oxidizing agents - manganese (IV) and chromium (VI) compounds, nitric acid, etc., 2) homogeneous catalytic oxidation in the presence of transition metal complexes, and 3) heterogeneous catalytic oxidation in the presence of solid phase transition metal catalysts. Stoichiometric oxidation uses large amounts of expensive and toxic oxidizing agents, which leads to problems associated with the disposal of large amounts of toxic waste. Therefore, catalytic methods of oxidation are much more acceptable both from an environmental point of view and from an economic point of view. Of greatest interest are the catalytic methods for producing quinones from substituted phenols, based on the use of environmentally friendly oxidizing agents (molecular oxygen and hydrogen peroxide), which give water as the only by-product [O.A. Kholdeeva, O.V. Zalomaeva, Recent advances in transition-metal catalyzed selective oxidation of phenols and methoxyarenes using environmentally benign oxidants, Coord. Chem. Rev. 306 (2016) 302-330]. Although the cost of hydrogen peroxide is higher than the cost of oxygen, in small tonnage processes of fine organic synthesis the use of the former is often preferable, since the cost of technological equipment for hydrogen peroxide oxidation is lower than for oxygen oxidation [R.A. Sheldon, J. Dakka. Heterogeneous catalytic oxidations in the manufacture of fine chemicals. Catalysis Today 19 (1994) 215].

При окислении замещенных фенолов кислородом используют три основных типа гомогенных катализаторов: 1) комплексы кобальта с основаниями Шиффа [L. Schuster, Н. Pommer, DE 1793183 (1968)], 2) галогениды меди [ЕР 0093540, С07С 50/04, 1983; ЕР 0127888 B1, С07С 46/08, 1987] и 3) фосформолибдованадиевые гетерополикислоты H3+nPMo12-nVnO40 (ГПК-n, n=2-6) [SU 1719392, С07С 50/04, 1991; PCT/FR 96/01689, С07С 46/08; RU 2022958, С07С 50/12, 1994; WO 2004/014832]. Катализаторы на основе комплексов кобальта с органическими лигандами (основаниями Шиффа) подвержены окислительной деструкции и имеют низкую производительность. Недостатками каталитических способов, основанных на использовании галогенидов меди, являются высокие (практически стехиометрические) количества катализатора и загрязнение продукта токсичным переходным металлом, а также коррозия аппаратуры. Кроме того, в случае использования хлоридов меди имеет место побочное образование токсичных хлорорганических соединений. Даже применение двухфазных систем вода-органический растворитель [US Pat. 5041572, 1991] не позволяет полностью избежать загрязнения продукта следами переходного металла. В способах, основанных на применении ГПК-n, также используют близкие к стехиометрическим количества катализатора, и продукт загрязняется переходными металлами.In the oxidation of substituted phenols with oxygen, three main types of homogeneous catalysts are used: 1) complexes of cobalt with Schiff bases [L. Schuster, N. Pommer, DE 1793183 (1968)], 2) copper halides [EP 0093540, C07C 50/04, 1983; EP 0127888 B1, C07C 46/08, 1987] and 3) phosphormolybdovanadium heteropoly acids H 3 + n PMo 12-n V n O 40 (GPC-n, n = 2-6) [SU 1719392, C07C 50/04, 1991; PCT / FR 96/01689, C07C 46/08; RU 2022958, C07C 50/12, 1994; WO 2004/014832]. Catalysts based on cobalt complexes with organic ligands (Schiff bases) are subject to oxidative degradation and have low productivity. The disadvantages of catalytic methods based on the use of copper halides are high (practically stoichiometric) amounts of catalyst and product contamination with a toxic transition metal, as well as equipment corrosion. In addition, in the case of the use of copper chlorides, side formation of toxic organochlorine compounds occurs. Even the use of two-phase water-organic solvent systems [US Pat. 5041572, 1991] does not completely avoid contamination of the product with traces of the transition metal. Methods based on the use of HPA-n also use close to stoichiometric amounts of catalyst, and the product is contaminated with transition metals.

Для окисления замещенных фенолов пероксидом водорода известны системы, основанные на использовании в качестве гомогенного катализатора соединений рутения и железа [Ito S., Aihara K., Matsumoto М. Tetr. Lett. Ruthenium-catalyzed oxidation of phenols with hydrogen peroxide. 24 (1983) 5249; Wienhcfer G., Schrcder K., Mcller K., Junge K., Beller M. Adv. Synth. Catal. 2010, 352, 1615;

Figure 00000001
, K., Wienhcfer, G., Schrcder, K., Join, В., Junge, K., Beller, M. Chem. Eur. J. 2010, 16, 10300], а также гетерополикислот структуры Кеггина (HnXM12O40, X=Si (n=4), Р (n=3); М=Мо, W) [US 5245059, C07C 50/04, 1993]. В качестве гетерогенных катализаторов могут быть использованы различные мезопористые материалы, содержащие медь [US Patent 6500972 (2002)] и титан [US 5712402, С07С 50/02, 1998; RU 2164510, 2000; 2196764, 2001].For oxidation of substituted phenols with hydrogen peroxide, systems based on the use of ruthenium and iron compounds as a homogeneous catalyst [Ito S., Aihara K., Matsumoto M. Tetr. Lett. Ruthenium-catalyzed oxidation of phenols with hydrogen peroxide. 24 (1983) 5249; Wienhcfer G., Schrcder K., Mcller K., Junge K., Beller M. Adv. Synth. Catal. 2010, 352, 1615;
Figure 00000001
, K., Wienhcfer, G., Schrcder, K., Join, B., Junge, K., Beller, M. Chem. Eur. J. 2010, 16, 10300], as well as heteropoly acids of the Keggin structure (H n XM 12 O 40 , X = Si (n = 4), P (n = 3); M = Mo, W) [US 5245059, C07C 50 / 04, 1993]. As heterogeneous catalysts, various mesoporous materials containing copper [US Patent 6500972 (2002)] and titanium [US 5712402, C07C 50/02, 1998; RU 2164510, 2000; 2196764, 2001].

Недостатками перечисленных выше каталитических систем являются, как правило, недостаточно высокий выход целевого продукта и, соответственно, необходимость затрат на очистку от побочных продуктов, а также низкая эффективность использования окислителя (селективность по пероксиду водорода) вследствие побочного процесса его разложения на катализаторе.The disadvantages of the above catalyst systems are, as a rule, the insufficiently high yield of the target product and, consequently, the need for the cost of purification from by-products, as well as the low efficiency of the use of the oxidizing agent (selectivity for hydrogen peroxide) due to the side process of its decomposition on the catalyst.

Наиболее близким к данному изобретению является способ окисления замещенных фенолов в хиноны пероксидом водорода в присутствии гомогенного катализатора - алкиламмониевых солей ванадийсодержащего полиоксовольфрамата (Alkm-nHn)[γ-PV2W10O40], Alk=(CkH2k+1)4N, k=4-6; m=5; n=0-2) (Пат. РФ, №2568645, C07C 50/04, B01J 23/22, 20.11.2015). Синтез соединений данного типа описан в [K. Kamata, K. Sugahara, K. Yonehara, R. Ishimoto, N. Mizuno, Chem. Eur. J. 2015, 17, 7549; О.V. Zalomaeva, V.Yu. Evtushok, G.M. Maksimov, R.I. Maksimovskaya, O.A. Kholdeeva, Dalton Transactions, 2017, 46, 5202]. Недостатком данного способа является сложность отделения катализатора от продуктов реакции, поскольку и катализатор и продукты растворены в одной фазе. Кроме того, при использовании гомогенного катализатора возможно загрязнение продукта переходными металлами (W, V).Closest to this invention is a method for the oxidation of substituted phenols to quinones with hydrogen peroxide in the presence of a homogeneous catalyst - alkyl ammonium salts of vanadium-containing polyoxotungstate (Alk mn H n ) [γ-PV 2 W 10 O 40 ], Alk = (C k H 2k + 1 ) 4 N, k = 4-6; m is 5; n = 0-2) (Pat. RF, No. 2568645, C07C 50/04, B01J 23/22, 11/20/2015). The synthesis of compounds of this type is described in [K. Kamata, K. Sugahara, K. Yonehara, R. Ishimoto, N. Mizuno, Chem. Eur. J. 2015, 17, 7549; O.V. Zalomaeva, V.Yu. Evtushok, GM Maksimov, RI Maksimovskaya, OA Kholdeeva, Dalton Transactions, 2017, 46, 5202]. The disadvantage of this method is the difficulty of separating the catalyst from the reaction products, since both the catalyst and the products are dissolved in one phase. In addition, when using a homogeneous catalyst, contamination of the product with transition metals (W, V) is possible.

По способу приготовления катализатора наиболее близким к настоящему изобретению является способ получения композитного гетерогенного катализатора на основе ванадийсодержащего полиоксовольфрамата TBA5-nHn[γ-PV2W10O40], включающий приготовление раствора TBA5-nHn[γ-PV2W10O40] с со-катализаторами TBA4[SiW12O40] и HClO4 и нанесение полученной смеси на Fe2O3 [Wang, Y.; Kamata, K.; Ishimoto, R.; Ogasawara, Y.; Suzuki, K.; Yamaguchi, K.; Mizuno N. Catal. Sci. Technol. 2015, 5, 2602-2615]. Данный тип катализаторов был использован для эпоксидирования алкенов, сульфоксидирования тиоэфиров и гидроксилирования анизола, но не применялся для окисления алкилфенолов в хиноны [Wang, Y.; Kamata, K.; Ishimoto, R.; Ogasawara, Y.; Suzuki, K.; Yamaguchi, K.; Mizuno N. Catal. Sci. Technol. 2015, 5, 2602-2615]. Недостатками указанного способа приготовления катализатора являются сложность технологии синтеза (необходимость использования дополнительного компонента - TBA4[SiW12O40]), использование оксида железа в качестве носителя (на нем может идти непродуктивное разложение пероксида водорода, что приводит к снижению эффективности использования окислителя), уменьшение активности катализатора при повторном использовании, а также неустойчивость полученного данным методом катализатора в полярных растворителях, например, ацетонитриле, применение которых необходимо для процессов окисления алкилфенолов в хиноны.According to a method for preparing a catalyst, the closest to the present invention is a method for producing a composite heterogeneous catalyst based on vanadium-containing polyoxotungstate TBA 5-n H n [γ-PV 2 W 10 O 40 ], comprising preparing a solution of TBA 5-n H n [γ-PV 2 W 10 O 40 ] with co-catalysts TBA 4 [SiW 12 O 40 ] and HClO 4 and applying the resulting mixture to Fe 2 O 3 [Wang, Y .; Kamata, K .; Ishimoto, R .; Ogasawara, Y .; Suzuki, K .; Yamaguchi, K .; Mizuno N. Catal. Sci. Technol. 2015, 5, 2602-2615]. This type of catalyst was used for epoxidation of alkenes, sulfoxidation of thioesters and hydroxylation of anisole, but was not used to oxidize alkyl phenols to quinones [Wang, Y .; Kamata, K .; Ishimoto, R .; Ogasawara, Y .; Suzuki, K .; Yamaguchi, K .; Mizuno N. Catal. Sci. Technol. 2015, 5, 2602-2615]. The disadvantages of this method of preparation of the catalyst are the complexity of the synthesis technology (the need to use an additional component - TBA 4 [SiW 12 O 40 ]), the use of iron oxide as a carrier (it may be unproductive decomposition of hydrogen peroxide, which leads to a decrease in the efficiency of using an oxidizing agent), decrease in catalyst activity during repeated use, as well as instability of the catalyst obtained by this method in polar solvents, for example, acetonitrile, application which are necessary for the oxidation of alkyl phenols to quinones.

Задачей данного изобретения является создание эффективного гетерогенного катализатора окисления замещенных фенолов в хиноны, высокотехнологичного способа его приготовления и каталитического способа окисления замещенных фенолов в хиноны с использованием дешевого и экологически чистого окислителя - пероксида водорода.The objective of the invention is to provide an effective heterogeneous catalyst for the oxidation of substituted phenols to quinones, a high-tech method for its preparation and a catalytic method for the oxidation of substituted phenols to quinones using a cheap and environmentally friendly oxidizing agent - hydrogen peroxide.

Технический результат:Technical result:

- высокая активность и селективность гетерогенного катализатора, не теряющего активность и селективность при многократном использовании,- high activity and selectivity of a heterogeneous catalyst that does not lose activity and selectivity with repeated use,

- способ приготовления катализатора позволяет 1) закрепить активный компонент (ванадийсодержащий полиоксовольфрамат) с сохранением его активности и селективности и 2) получить каталитически активный материал, устойчивый к воздействию полярной реакционной среды, который можно будет использовать многократно без потери каталитических свойств,- the method of preparation of the catalyst allows 1) to fix the active component (vanadium-containing polyoxotungstate) while maintaining its activity and selectivity, and 2) to obtain a catalytically active material resistant to the effects of the polar reaction medium, which can be used repeatedly without loss of catalytic properties,

- упрощение и удешевление технологии существующих процессов получения хинонов и повышение чистоты продукта за счет исключения образования ядовитых хлорсодержащих побочных продуктов, коррозии аппаратуры и загрязнения продукта переходными металлами.- simplification and cheapening of the technology of existing processes for producing quinones and increasing the purity of the product by eliminating the formation of toxic chlorine-containing by-products, corrosion of equipment and contamination of the product with transition metals.

Задача решается тем, что в качестве гетерогенного катализатора используют тетрабутиламмониевые соли ванадийсодержащего полиоксовольфрамата (ТВА5-nHn[γ-PV2W10O40] (n=1-2), закрепленные на твердом носителе - азотсодержащем углеродном материале, содержание полиоксовольфрамата в катализаторе составляет 5-25 мас. %. Азотсодержащий углеродный материал может представлять собой нанотрубки или нановолокна, содержание азота в носителе 1-5 ат. %.The problem is solved in that as a heterogeneous catalyst, tetrabutylammonium salts of vanadium-containing polyoxotungstate (TBA 5-n H n [γ-PV 2 W 10 O 40 ] (n = 1-2) are used, fixed on a solid support — nitrogen-containing carbon material, the content of polyoxotungstate in the catalyst is 5-25 wt.%. The nitrogen-containing carbon material may be nanotubes or nanofibers, the nitrogen content in the carrier is 1-5 at.%.

Задача решается также способом приготовления гетерогенного катализатора, включающего ванадийсодержащий полиоксовольфрамат TBA5-nHn[γ-PV2W10O40], где: n=1-2, для процесса получения замещенных хинонов путем окисления ароматических соединений пероксидом водорода, заключающимся в том, что к раствору полиоксовольфрамата в ацетонитриле добавляют носитель - азотсодержащий углеродный материал и минеральную кислоту, предпочтительно, HClO4, полученный катализатор отделяют фильтрованием от раствора и сушат, в результате чего получают катализатор, который включает ванадийсодержащий полиоксовольфрамат ТВА5-nHn[γ-PV2W10O40], где: n=1-2, в количестве 5-25 мас. %, закрепленный на твердом носителе - азотсодержащем углеродном материале. Перед процессом нанесения азотсодержащий углеродный материал сушат в вакууме при температуре не выше 100°С.The problem is also solved by the method of preparing a heterogeneous catalyst, including vanadium-containing polyoxytungstate TBA 5-n H n [γ-PV 2 W 10 O 40 ], where: n = 1-2, for the process of obtaining substituted quinones by oxidation of aromatic compounds with hydrogen peroxide, which consists in that to a solution in acetonitrile is added polioksovolframata carrier - a nitrogen-containing carbon material and a mineral acid, preferably, HClO 4, the resulting catalyst was separated by filtration from the solution and dried, thereby obtaining a catalyst to tory comprises vanadium polioksovolframat TBA 5-n H n [γ-PV 2 W 10 O 40], where: n = 1-2, in an amount of 5-25 wt. %, mounted on a solid carrier - nitrogen-containing carbon material. Before the application process, the nitrogen-containing carbon material is dried in vacuum at a temperature not exceeding 100 ° C.

Задача решается также способом получения замещенных хинонов путем окисления ароматических соединений пероксидом водорода в присутствии катализатора, включающего ванадийсодержащий полиоксовольфрамат ТВА5-nHn[γ-PV2W10O40], где: n=1-2, в среде ароматического растворителя - ацетонитрила, в качестве катализатора используют описанный выше катализатор, процесс ведут при температуре не ниже 25°С. В качестве ароматических соединений берут замещенные фенолы, такие как, 2,3,6-триметилфенол, 2,6-диметилфенол и 2,6-дитретбутилфенол. Катализатор перед использованием сушат в вакууме при температуре не более 60°С. В качестве окислителя используют водный раствор пероксида водорода с содержанием пероксида водорода не менее 30 мас. %, используют концентрацию субстрата не выше 0.15 М, используют мольное отношение пероксид водорода/субстрат не ниже 2.3, используют мольное отношение субстрат/активный компонент катализатора не ниже 66, катализатор отделяют фильтрованием и используют повторно.The problem is also solved by the method of obtaining substituted quinones by oxidation of aromatic compounds with hydrogen peroxide in the presence of a catalyst, including vanadium-containing polyoxungstate TBA 5-n H n [γ-PV 2 W 10 O 40 ], where: n = 1-2, in an aromatic solvent - acetonitrile, the catalyst described above is used as a catalyst, the process is carried out at a temperature of at least 25 ° C. As aromatic compounds take substituted phenols, such as 2,3,6-trimethylphenol, 2,6-dimethylphenol and 2,6-ditretbutylphenol. The catalyst is dried before use in vacuum at a temperature of not more than 60 ° C. As an oxidizing agent, an aqueous solution of hydrogen peroxide with a content of hydrogen peroxide of at least 30 wt. %, use a substrate concentration of not higher than 0.15 M, use a molar ratio of hydrogen peroxide / substrate of not less than 2.3, use a molar ratio of substrate / active component of the catalyst of not less than 66, the catalyst is separated by filtration and reused.

Синтез азотсодержащих углеродных наноматериалов описан в [Suboch, A.N.; Cherepanova, S.V.; Kibis, L.S.; Svintsitskiy, A.D.; Stonkus, O.A.; Boronin, A.I.; Chesnokov, V.V.; Romanenko, A.I.; Ismagilov, Z.R.; Podyacheva O. Yu. Fullerenes, Nanotub. Carbon Nanostructures 2016, 24, 520-530; Shalagina A.E., Ismagilov Z.R., Podyacheva O.Yu., Kvon R.I., Ushakov V.A. Carbon 2007, 45; 1808-1820]. Активный компонент (полиоксовольфрамат) прочно закрепляется на поверхности твердого носителя и не вымывается в процессе жидкофазного окисления пероксидом водорода, катализатор отделяется простым фильтрованием и может быть использован многократно без потери активности и селективности.The synthesis of nitrogen-containing carbon nanomaterials is described in [Suboch, A.N .; Cherepanova, S.V .; Kibis, L.S .; Svintsitskiy, A.D .; Stonkus, O.A .; Boronin, A.I .; Chesnokov, V.V .; Romanenko, A.I .; Ismagilov, Z.R .; Podyacheva O. Yu. Fullerenes, Nanotub. Carbon Nanostructures 2016, 24, 520-530; Shalagina A.E., Ismagilov Z.R., Podyacheva O.Yu., Kvon R.I., Ushakov V.A. Carbon 2007, 45; 1808-1820]. The active component (polyoxotungstate) is firmly fixed on the surface of the solid support and is not washed out during the liquid phase oxidation with hydrogen peroxide, the catalyst is separated by simple filtration and can be used repeatedly without loss of activity and selectivity.

Сущность изобретения иллюстрируется нижеследующими примерами, таблицами.The invention is illustrated by the following examples, tables.

На Фиг. представлены кинетические кривые окисления 2,3,6-триметилфенола Н2О2 в присутствии γ-PV2W10/N-УНТ:

Figure 00000002
- без фильтрования, • - катализатор отфильтровывали через 6 мин после начала реакции (условия см. в примере 33).In FIG. The kinetic oxidation curves of 2,3,6-trimethylphenol Н 2 О 2 in the presence of γ-PV 2 W 10 / N-CNT are presented:
Figure 00000002
- without filtration, • - the catalyst was filtered out 6 minutes after the start of the reaction (for conditions, see Example 33).

Пример 1.Example 1

Перед использованием углеродные нанотрубки с содержанием азота 4.8 ат. % (N-УНТ) сушат в вакууме при 110°С в течение 4 ч. 2.8 микромоль TBA4H[γ-PV2W10O40] (γ-PV2W10) растворяют в 5 мл сухого ацетонитрила и при перемешивании (500 об/мин) добавляют 1 экв. HClO4 (2.8 микромоль). К полученному раствору добавляют 120 мг 4.8% N-УНТ и оставляют на 2 ч при перемешивании. Затем твердое вещество отделяют, промывают ацетонитрилом (3 раза по 5 мл) и сушат на воздухе. Полученный катализатор γ-PV2W10/4.8% N-УНТ содержит 8 мас. % γ-PV2W10 и 4.8 ат. % N. Площадь поверхности катализатора S(BET) 147 м2/г, объем пор 0.53 см3/г, средний диаметр пор 14 нм.Before using carbon nanotubes with a nitrogen content of 4.8 at. % (N-CNTs) are dried in vacuum at 110 ° C for 4 hours. 2.8 micromoles of TBA 4 H [γ-PV 2 W 10 O 40 ] (γ-PV 2 W 10 ) are dissolved in 5 ml of dry acetonitrile and with stirring (500 rpm) add 1 equiv. HClO 4 (2.8 micromoles). To the resulting solution was added 120 mg of 4.8% N-CNT and left for 2 hours with stirring. Then the solid is separated, washed with acetonitrile (3 times 5 ml) and dried in air. The resulting catalyst γ-PV 2 W 10 /4.8% N-CNT contains 8 wt. % γ-PV 2 W 10 and 4.8 at. % N. The surface area of the catalyst S (BET) is 147 m 2 / g, the pore volume is 0.53 cm 3 / g, and the average pore diameter is 14 nm.

Пример 2. Синтез проводят, как в примере 1, но берут 9.3 микромоль γ-PV2W10 и 9.3 микромоль HClO4, в результате чего получают катализатор γ-PV2W10/N-УНТ, содержащий 25 мас. % γ-PV2W10 и 4.8 ат. % N.Example 2. The synthesis is carried out as in example 1, but take 9.3 micromoles of γ-PV 2 W 10 and 9.3 micromoles of HClO 4 , resulting in a catalyst γ-PV 2 W 10 / N-CNT containing 25 wt. % γ-PV 2 W 10 and 4.8 at. % N.

Пример 3. Синтез проводят, как в примере 1, но берут 5.6 микромоль γ-PV2W10 и 5.6 микромоль HClO4, в результате чего получают катализатор γ-PV2W10/N-УНТ, содержащий 15 мас. % γ-PV2W10 и 4.8 ат. % N.Example 3. The synthesis is carried out as in example 1, but take 5.6 micromoles of γ-PV 2 W 10 and 5.6 micromoles of HClO 4 , resulting in a catalyst γ-PV 2 W 10 / N-CNT containing 15 wt. % γ-PV 2 W 10 and 4.8 at. % N.

Пример 4. Синтез проводят, как в примере 1, но берут 3.7 микромоль γ-PV2W10 и 3.7 микромоль HClO4, в результате чего получают катализатор γ-PV2W10/N-УНТ, содержащий 10 мас. % γ-PV2W10 и 4.8 ат. % N.Example 4. The synthesis is carried out as in example 1, but take 3.7 micromoles of γ-PV 2 W 10 and 3.7 micromoles of HClO 4 , resulting in a catalyst γ-PV 2 W 10 / N-CNT containing 10 wt. % γ-PV 2 W 10 and 4.8 at. % N.

Пример 5. Синтез проводят, как в примере 1, но берут 1.85 микромоль γ-PV2W10 и 1.85 микромоль HClO4, в результате чего получают катализатор γ-PV2W10/N-УНТ, содержащий 5 мас. % γ-PV2W10 и 4.8 ат. % N.Example 5. The synthesis is carried out as in example 1, but 1.85 micromoles of γ-PV 2 W 10 and 1.85 micromoles of HClO 4 are taken, whereby a γ-PV 2 W 10 / N-CNT catalyst containing 5 wt. % γ-PV 2 W 10 and 4.8 at. % N.

Примеры 1-5 демонстрируют возможный диапазон весового содержания активного компонента (γ-PV2W10) в катализаторе.Examples 1-5 demonstrate the possible range of the weight content of the active component (γ-PV 2 W 10 ) in the catalyst.

Пример 6. Синтез проводят, как в примере 3, но берут N-УНТ с содержанием азота 3.1 ат. %, в результате чего получают катализатор γ-PV2W10/N-УНТ, содержащий 15 мас. % γ-PV2W10 и 3.1 ат. % N.Example 6. The synthesis is carried out as in example 3, but take N-CNTs with a nitrogen content of 3.1 at. %, resulting in a catalyst γ-PV 2 W 10 / N-CNT containing 15 wt. % γ-PV 2 W 10 and 3.1 at. % N.

Пример 7. Синтез проводят, как в примере 3, но берут N-УНТ с содержанием азота 1.8 ат. %, в результате чего получают катализатор γ-PV2W10/N-УНТ, содержащий 15 мас. % γ-PV2W10 и 1.8 ат. % N. Площадь поверхности катализатора S(BET) 132 м2/г, объем пор 0.64 см3/г, средний диаметр пор 19 нм.Example 7. The synthesis is carried out as in example 3, but take N-CNTs with a nitrogen content of 1.8 at. %, resulting in a catalyst γ-PV 2 W 10 / N-CNT containing 15 wt. % γ-PV 2 W 10 and 1.8 at. % N. The surface area of the catalyst S (BET) 132 m 2 / g, pore volume 0.64 cm 3 / g, average pore diameter 19 nm.

Пример 8. Синтез проводят, как в примере 3, но берут углеродные нанотрубки не содержащие азот (УНТ), в результате чего получают катализатор γ-PV2W10/УНТ, содержащий 15 мас. % γ-PV2W10 и 0 ат. % N. Площадь поверхности катализатора S(BET) 145 м2/г, объем пор 0.64 см3/г, средний диаметр пор 15 нм.Example 8. The synthesis is carried out as in example 3, but take carbon nanotubes not containing nitrogen (CNTs), resulting in a catalyst γ-PV 2 W 10 / CNT containing 15 wt. % γ-PV 2 W 10 and 0 at. % N. The surface area of the catalyst S (BET) 145 m 2 / g, pore volume 0.64 cm 3 / g, average pore diameter 15 nm.

Примеры 3 и 6-8 показывают, что варьирование содержания азота в УНТ не влияет на содержание γ-PV2W10 в катализаторе.Examples 3 and 6-8 show that varying the nitrogen content in CNTs does not affect the content of γ-PV 2 W 10 in the catalyst.

Пример 9. Синтез проводят, как в примере 3, но N-УНТ предварительно не сушат, в результате чего получают катализатор γ-PV2W10/N-УНТ, содержащий 6 мас. % γ-PV2W10 и 4.8 ат. % N.Example 9. The synthesis is carried out as in example 3, but N-CNTs are not preliminarily dried, as a result of which a γ-PV 2 W 10 / N-CNT catalyst containing 6 wt. % γ-PV 2 W 10 and 4.8 at. % N.

Пример 9 в сравнении с примером 3 показывает, что влажность носителя снижает весовое содержание γ-PV2W10 в катализаторе.Example 9 in comparison with example 3 shows that the humidity of the carrier reduces the weight content of γ-PV 2 W 10 in the catalyst.

Пример 10. Синтез проводят, как в примере 3, но не добавляют HClO4, в результате чего содержание γ-PV2W10 в полученном материале близко к 0.Example 10. The synthesis is carried out as in example 3, but HClO 4 is not added, as a result of which the content of γ-PV 2 W 10 in the resulting material is close to 0.

Пример 10 в сравнении с примером 3 показывает, что добавление минеральной кислоты HClO4 необходимо для закрепления γ-PV2W10 на УНТ.Example 10 in comparison with example 3 shows that the addition of the mineral acid HClO 4 is necessary for fixing γ-PV 2 W 10 to CNTs.

Пример 11. Синтез проводят, как в примере 8, но вместо УНТ берут углеродные нановолокна не содержащие азот (УНВ). В результате чего получают катализатор γ-PV2W10/УНВ, содержащий 15 мас. % γ-PV2W10.Example 11. The synthesis is carried out as in example 8, but instead of CNTs, carbon nanofibers not containing nitrogen (CNF) are taken. As a result, a γ-PV 2 W 10 / CNF catalyst containing 15 wt. % γ-PV 2 W 10 .

Данный пример показывает, что морфология углеродного материала не влияет на содержание γ-PV2W10 в катализаторе.This example shows that the morphology of the carbon material does not affect the content of γ-PV 2 W 10 in the catalyst.

Пример 12. Синтез проводят, как в примере 11, но берут углеродные нановолокна, содержащие 3 ат. % азота (N-УНВ). В результате чего получают катализатор γ-PV2W10/N-УНВ, содержащий 15 мас. % γ-PV2W10 и 3 ат. % N.Example 12. The synthesis is carried out as in example 11, but take carbon nanofibers containing 3 at. % nitrogen (N-CNF). As a result, a γ-PV 2 W 10 / N-CNF catalyst containing 15 wt. % γ-PV 2 W 10 and 3 at. % N.

Пример 13. Синтез проводят, как в примере 11, но берут углеродные нановолокна, содержащие 6 ат. % азота (N-УНВ). В результате чего получают катализатор γ-PV2W10/N-УНВ, содержащий 15 мас. % γ-PV2W10 и 6 ат. % N.Example 13. The synthesis is carried out as in example 11, but take carbon nanofibers containing 6 at. % nitrogen (N-CNF). As a result, a γ-PV 2 W 10 / N-CNF catalyst containing 15 wt. % γ-PV 2 W 10 and 6 at. % N.

Примеры 11-13 показывают, что содержание азота в УНВ также не влияет на содержание γ-PV2W10 в катализаторе.Examples 11-13 show that the nitrogen content in the CNF also does not affect the content of γ-PV 2 W 10 in the catalyst.

Пример 14. Синтез проводят, как в примере 13, но берут 2.8 микромоль γ-PV2W10. В результате чего получают катализатор γ-PV2W10/N-УНВ, содержащий 8 мас. % γ-PV2W10 и 6 ат. % N. Площадь поверхности катализатора S(BET) 195 м2/г, объем пор 0.49 см3/г, средний диаметр пор 10 нм.Example 14. The synthesis is carried out as in example 13, but take 2.8 micromole γ-PV 2 W 10 . As a result, a γ-PV 2 W 10 / N-CNF catalyst containing 8 wt. % γ-PV 2 W 10 and 6 at. % N. The surface area of the catalyst S (BET) 195 m 2 / g, pore volume 0.49 cm 3 / g, average pore diameter 10 nm.

Пример 15. В термостатируемый при 60°С стеклянный реактор, снабженный магнитной мешалкой, помещают 13.6 мг 2,3,6-триметилфенола (ТМФ) (0.1 ммоль), 60 мг высушенного в вакууме при 60°С катализатора γ-PV2W10/N-УНТ, синтез которого описан в примере 2 (весовое содержание γ-PV2W10 25 мас. %, содержание азота 4.8 ат. %) и 1 мл ацетонитрила. Затем при перемешивании добавляют 41 μл (0.45 ммоль) 33% Н2О2. Смесь интенсивно перемешивают при 60°С. Через 0.25 ч конверсия ТМФ и выход 2,3,5-триметил-1,4-бензохинона (ТМБХ) в расчете на прореагировавший ТМФ (селективность), определенные методом ГЖХ, составляют 100 и 99%, соответственно.Example 15. In a temperature-controlled at 60 ° C glass reactor equipped with a magnetic stirrer, 13.6 mg of 2,3,6-trimethylphenol (TMP) (0.1 mmol), 60 mg of γ-PV 2 W 10 dried in vacuum at 60 ° С are placed / N-CNT, the synthesis of which is described in example 2 (weight content of γ-PV 2 W 10 25 wt.%, Nitrogen content of 4.8 at.%) And 1 ml of acetonitrile. Then, with stirring, 41 μl (0.45 mmol) of 33% H 2 O 2 is added. The mixture is stirred vigorously at 60 ° C. After 0.25 h, the conversion of TMP and the yield of 2,3,5-trimethyl-1,4-benzoquinone (TMBH), calculated on the reacted TMP (selectivity) determined by GLC, are 100 and 99%, respectively.

Пример 16. Процесс проводят как в примере 15, но берут катализатор, синтез которого описан в примере 3 (γ-PV2W10 15 мас. %, содержание азота 4.8 ат. %). Через 0.25 ч конверсия ТМФ и селективность по ТМБХ составляют 100 и 99%, соответственно.Example 16. The process is carried out as in example 15, but take the catalyst, the synthesis of which is described in example 3 (γ-PV 2 W 10 15 wt.%, Nitrogen content 4.8 at.%). After 0.25 h, the conversion of TMP and selectivity for TMBH are 100 and 99%, respectively.

Пример 17. Процесс проводят как в примере 15, но берут катализатор, синтез которого описан в примере 4 (γ-PV2W10 10 мас. %, содержание азота 4.8 ат. %). Через 0.25 ч конверсия ТМФ и селективность по ТМБХ составляют 100 и 90%, соответственно.Example 17. The process is carried out as in example 15, but take the catalyst, the synthesis of which is described in example 4 (γ-PV 2 W 10 10 wt.%, Nitrogen content 4.8 at.%). After 0.25 h, the conversion of TMP and selectivity for TMBH are 100 and 90%, respectively.

Пример 18. Процесс проводят как в примере 15, но берут катализатор, синтез которого описан в примере 5 (γ-PV2W10 5 мас. %, содержание азота 4.8 ат. %). Через 0.25 ч конверсия ТМФ и селективность по ТМБХ составляют 100 и 84%, соответственно.Example 18. The process is carried out as in example 15, but take the catalyst, the synthesis of which is described in example 5 (γ-PV 2 W 10 5 wt.%, Nitrogen content 4.8 at.%). After 0.25 h, the conversion of TMP and selectivity for TMBH are 100 and 84%, respectively.

Примеры 15-18 показывает, что уменьшение весового содержания γ-PV2W10 ниже 15 мас. % приводит к уменьшению селективности образования целевого продукта.Examples 15-18 shows that the decrease in the weight content of γ-PV 2 W 10 below 15 wt. % leads to a decrease in the selectivity of the formation of the target product.

Пример 19. Процесс проводят как в примере 15, но берут N-УНТ с 4.8 ат. % N, не содержащий γ-PV2W10. Через 0.25 ч конверсия ТМФ и селективность по ТМБХ составляют 80 и 0%, соответственно. Данный пример в сравнении с примерами 15-18 показывает, что не содержащий γ-PV2W10 носитель N-УНТ катализирует окисление ТМФ, но процесс не приводит к образованию ТМБХ.Example 19. The process is carried out as in example 15, but take N-CNT with 4.8 at. % N not containing γ-PV 2 W 10 . After 0.25 h, the conversion of TMP and selectivity for TMBH are 80 and 0%, respectively. This example, in comparison with examples 15-18 shows that not containing γ-PV 2 W 10 the carrier of N-CNTs catalyzes the oxidation of TMF, but the process does not lead to the formation of TMBH.

Пример 20. Процесс проводят как в примере 15, но берут катализатор, синтез которого описан в примере 6 (γ-PV2W10 15 мас. %, содержание азота 3.1 ат. %). Через 0.25 ч конверсия ТМФ и селективность по ТМБХ составляют 100 и 99%, соответственно.Example 20. The process is carried out as in example 15, but take the catalyst, the synthesis of which is described in example 6 (γ-PV 2 W 10 15 wt.%, Nitrogen content of 3.1 at.%). After 0.25 h, the conversion of TMP and selectivity for TMBH are 100 and 99%, respectively.

Пример 21. Процесс проводят как в примере 15, но берут катализатор, синтез которого описан в примере 7 (γ-PV2W10 15 мас. %, содержание азота 1.8 ат. %). Через 0.25 ч конверсия ТМФ и селективность по ТМБХ составляют 100 и 99%, соответственно.Example 21. The process is carried out as in example 15, but take the catalyst, the synthesis of which is described in example 7 (γ-PV 2 W 10 15 wt.%, Nitrogen content 1.8 at.%). After 0.25 h, the conversion of TMP and selectivity for TMBH are 100 and 99%, respectively.

Пример 22. Процесс проводят как в примере 15, но берут катализатор, синтез которого описан в примере 8 (γ-PV2W10 15 мас. %, содержание азота 0 ат. %). Через 0.25 ч конверсия ТМФ и селективность по ТМБХ составляют 100 и 90%, соответственно.Example 22. The process is carried out as in example 15, but take the catalyst, the synthesis of which is described in example 8 (γ-PV 2 W 10 15 wt.%, Nitrogen content 0 at.%). After 0.25 h, the conversion of TMP and selectivity for TMBH are 100 and 90%, respectively.

Данный пример по сравнению с примерами 15, 20 и 21 показывает, что для достижения селективности 99% необходимо, по крайней мере, 1.8 ат. % азота в носителе.This example, compared with examples 15, 20 and 21, shows that to achieve 99% selectivity, at least 1.8 at. % nitrogen in the carrier.

Пример 23. Процесс проводят как в примере 16, но катализатор не сушат в вакууме перед использованием. Через 0.25 ч конверсия ТМФ и селективность по ТМБХ составляют 100 и 82%, соответственно.Example 23. The process is carried out as in example 16, but the catalyst is not dried in vacuum before use. After 0.25 h, the conversion of TMP and selectivity for TMBH are 100 and 82%, respectively.

Пример 24. Процесс проводят как в примере 20, но катализатор не сушат в вакууме перед использованием. Через 0.25 ч конверсия ТМФ и селективность по ТМБХ составляют 100 и 90%, соответственно.Example 24. The process is carried out as in example 20, but the catalyst is not dried in vacuum before use. After 0.25 h, the conversion of TMP and selectivity for TMBH are 100 and 90%, respectively.

Пример 25. Процесс проводят как в примере 22, но катализатор не сушат в вакууме перед использованием. Через 0.25 ч конверсия ТМФ и селективность по ТМБХ составляют 98 и 86%, соответственно.Example 25. The process is carried out as in example 22, but the catalyst is not dried in vacuum before use. After 0.25 h, the conversion of TMP and selectivity for TMBH are 98 and 86%, respectively.

Примеры 23-25 в сравнении с примерами 16, 20, 22 показывают, что предварительная сушка катализатора необходима для достижения высокой селективности образования целевого продукта.Examples 23-25 in comparison with examples 16, 20, 22 show that pre-drying the catalyst is necessary to achieve high selectivity for the formation of the target product.

Пример 26. Процесс проводят как в примере 21, но катализатор не сушат в вакууме перед использованием. Через 0.25 ч конверсия ТМФ и селективность по ТМБХ составляют 100 и 99%, соответственно.Example 26. The process is carried out as in example 21, but the catalyst is not dried in vacuum before use. After 0.25 h, the conversion of TMP and selectivity for TMBH are 100 and 99%, respectively.

Данный пример показывает, что сушка катализатора с содержанием γ-PV2W10 15 мас. % и содержанием азота 1.8 ат. % не является критическим параметром, в отличие от катализаторов с другим содержанием азота.This example shows that drying the catalyst with a content of γ-PV 2 W 10 15 wt. % and nitrogen content of 1.8 at. % is not a critical parameter, unlike catalysts with a different nitrogen content.

Пример 27. Процесс проводят как в примере 16, но добавляют 33 μл (0.35 ммоль) 33% Н2О2. Через 0.25 ч конверсия ТМФ и селективность по ТМБХ составляют 88 и 97%, соответственно.Example 27. The process is carried out as in example 16, but add 33 μl (0.35 mmol) 33% H 2 About 2 . After 0.25 h, the conversion of TMP and selectivity for TMBH are 88 and 97%, respectively.

Данный пример в сравнении с примером 16 показывает, что уменьшение концентрации окислителя приводит к снижению конверсии ТМФ.This example in comparison with example 16 shows that a decrease in the concentration of the oxidizing agent leads to a decrease in the conversion of TMP.

Пример 28. Процесс проводят как в примере 21, но добавляют 33 μл (0.35 ммоль) 33% Н2О2. Через 0.25 ч конверсия ТМФ и селективность по ТМБХ составляют 100 и 99%, соответственно.Example 28. The process is carried out as in example 21, but add 33 μl (0.35 mmol) 33% H 2 About 2 . After 0.25 h, the conversion of TMP and selectivity for TMBH are 100 and 99%, respectively.

Данный пример в сравнении с примером 21 и 27 показывает, что при использовании катализатора состава γ-PV2W10 15 мас. % и 1.8 ат. % азота возможно снижение концентрации окислителя без снижения конверсии ТМФ поскольку имеет место повышение эффективности использования окислителя с 50% в примере 21 до 80% в данном примере.This example in comparison with example 21 and 27 shows that when using a catalyst composition γ-PV 2 W 10 15 wt. % and 1.8 at. % nitrogen, it is possible to reduce the concentration of the oxidizing agent without reducing the conversion of TMP since there is an increase in the efficiency of using the oxidizing agent from 50% in Example 21 to 80% in this Example.

Пример 29. Процесс проводят как в примере 28, но берут концентрацию ТМФ 0.15 М. Через 0.25 ч конверсия ТМФ и селективность по ТМБХ составляют 80 и 95%, соответственно, а эффективность по перекиси водорода составляет 65%.Example 29. The process is carried out as in example 28, but take the concentration of TMP 0.15 M. After 0.25 hours the conversion of TMP and selectivity for TMBH are 80 and 95%, respectively, and the efficiency of hydrogen peroxide is 65%.

Данный пример в сравнении с примером 21 и 28 показывает, что увеличение концентрации ТМФ не приводит к дальнейшему увеличению эффективности использования H2O2.This example in comparison with example 21 and 28 shows that an increase in the concentration of TMP does not lead to a further increase in the efficiency of use of H 2 O 2 .

Пример 30. Процесс проводят как в примере 21, но при температуре 50°С. Через 0.5 ч конверсия ТМФ и селективность по ТМБХ составляют 98 и 92%, соответственно.Example 30. The process is carried out as in example 21, but at a temperature of 50 ° C. After 0.5 h, the conversion of TMP and selectivity for TMBH are 98 and 92%, respectively.

Пример 31. Процесс проводят как в примере 21, но при температуре 25°С. Через 0.66 ч конверсия ТМФ и селективность по ТМБХ составляют 70 и 55%, соответственно.Example 31. The process is carried out as in example 21, but at a temperature of 25 ° C. After 0.66 h, the conversion of TMP and selectivity for TMBH are 70 and 55%, respectively.

Примеры 30-31 в сравнении с примером 21 показывает, что снижение температуры приводит к увеличению времени реакции и уменьшению конверсии ТМФ и селективности по ТМБХ.Examples 30-31 in comparison with example 21 shows that a decrease in temperature leads to an increase in reaction time and a decrease in the conversion of TMP and selectivity for TMBH.

Пример 32. Процесс проводят как в примере 30, но берут 40 мг катализатора. Через 0.5 ч конверсия ТМФ и селективность по ТМБХ составляют 98 и 86%, соответственно.Example 32. The process is carried out as in example 30, but take 40 mg of the catalyst. After 0.5 h, the conversion of TMP and selectivity for TMBH are 98 and 86%, respectively.

Пример 33. Процесс проводят как в примере 32, но через 6 мин. после начала реакции катализатор отфильтровывают и следят за превращением ТМФ в фильтрате методом ГЖХ.Example 33. The process is carried out as in example 32, but after 6 minutes after the start of the reaction, the catalyst is filtered off and the transformation of TMP in the filtrate is monitored by GLC.

Данный пример показывает, что вымывания активного компонента γ-PV2W10 в ходе реакции не происходит и окисление ТМФ является гетерогенным процессом и протекает на поверхности катализатора, а не в объеме раствора.This example shows that leaching of the active component γ-PV 2 W 10 during the reaction does not occur and the oxidation of TMP is a heterogeneous process and proceeds on the surface of the catalyst, and not in the volume of the solution.

Пример 34. Процесс проводят как в примере 16, но берут катализатор γ-PV2W10/УНВ, приготовленный как в примере 11. Через 0.25 ч конверсия ТМФ и селективность по ТМБХ составляют 98 и 90%, соответственно.Example 34. The process is carried out as in example 16, but take the γ-PV 2 W 10 / CNF catalyst prepared as in example 11. After 0.25 hours, the conversion of TMP and selectivity for TMBH are 98 and 90%, respectively.

Пример 35. Процесс проводят как в примере 16, но берут катализатор γ-PV2W10/УНВ, приготовленный как в примере 12. Через 0.25 ч конверсия ТМФ и селективность по ТМБХ составляют 98 и 84%, соответственно.Example 35. The process is carried out as in example 16, but take the γ-PV 2 W 10 / CNF catalyst prepared as in example 12. After 0.25 hours, the conversion of TMP and selectivity for TMBH are 98 and 84%, respectively.

Пример 36. Процесс проводят как в примере 16, но берут катализатор γ-PV2W10/УНВ, приготовленный как в примере 13. Через 0.25 ч конверсия ТМФ и селективность по ТМБХ составляют 98 и 75%, соответственно.Example 36. The process is carried out as in example 16, but take the γ-PV 2 W 10 / CNF catalyst prepared as in example 13. After 0.25 hours, the conversion of TMP and selectivity for TMBH are 98 and 75%, respectively.

Примеры 36-38 показывают, что увеличение содержания азота в УНВ приводит к уменьшению селективности по ТМБХ.Examples 36-38 show that an increase in the nitrogen content in the CNF leads to a decrease in selectivity for TMBH.

Пример 37. Процесс проводят как в примере 21, но вместо ТМФ берут 0.1 ммоль 2,6-диметилфенола (ДМФ). Через 0.25 ч конверсия ДМФ и селективность по 2,6-диметилбензохинону составляют 90 и 90%, соответственно.Example 37. The process is carried out as in example 21, but instead of TMF take 0.1 mmol of 2,6-dimethylphenol (DMF). After 0.25 hours, DMF conversion and selectivity for 2,6-dimethylbenzoquinone are 90 and 90%, respectively.

Пример 38. Процесс проводят как в примере 21, но берут 0.1 ммоль 2,6-ди-трет-бутилфенола. Через 0.25 ч конверсия 2,6-ди-трет-бутилфенола и селективность по 2,6-ди-трет-бутилбензохинону составляют 94 и 90%, соответственно.Example 38. The process is carried out as in example 21, but 0.1 mmol of 2,6-di-tert-butylphenol is taken. After 0.25 hours, the conversion of 2,6-di-tert-butylphenol and the selectivity for 2,6-di-tert-butylbenzoquinone are 94 and 90%, respectively.

Примеры 37-38 показывают, что окисление 2,6-диалкилфенолов в 2,6-диалкил-1,4-бензохиноны протекает с высокой селективностью.Examples 37-38 show that the oxidation of 2,6-dialkylphenols to 2,6-dialkyl-1,4-benzoquinones proceeds with high selectivity.

Приведенные примеры показывают, что предлагаемый настоящим изобретением способ получения хинонов является достаточно дешевым, простым в реализации, экологически чистым и позволяет получать целевой продукт с высоким выходом, без примесей хлорсодержащих соединений и переходных металлов.The above examples show that the method of producing quinones proposed by the present invention is quite cheap, easy to implement, environmentally friendly and allows to obtain the target product in high yield, without impurities of chlorine-containing compounds and transition metals.

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

а) Образцы катализатора не сушили в вакууме перед использованием.a) Samples of the catalyst were not dried in vacuum before use.

б) Горячее фильтрование (Фиг.)b) Hot filtering (Fig.)

Figure 00000005
Figure 00000005

Условия реакции: 60 мг катализатора γ-PV2W10/N-УНТ (15 мас. % γ-PV2W10, 1.8 ат. % N), концентрация субстрата 0.1, [H2O2]/[субстрат]=1/3.5, время реакции 0.25 ч, 60°С, MeCN.Reaction conditions: 60 mg of γ-PV 2 W 10 / N-CNT catalyst (15 wt.% Γ-PV 2 W 10 , 1.8 at.% N), substrate concentration 0.1, [H 2 O 2 ] / [substrate] = 1 / 3.5, reaction time 0.25 h, 60 ° C, MeCN.

Claims (13)

1. Катализатор для процесса получения замещенных хинонов путем окисления ароматических соединений пероксидом водорода, включающий ванадийсодержащий полиоксовольфрамат TBA5-nHn[γ-PV2W10O40], где n=1, отличающийся тем, что катализатор представляет собой ванадийсодержащий полиоксовольфрамат ТВА5-nHn[γ-PV2W10O40], где n=1, закрепленный на твердом носителе - азотсодержащем углеродном материале, который представляет собой нанотрубки или нановолокна, содержание полиоксовольфрамата в катализаторе составляет 5-25 мас. %.1. The catalyst for the process of producing substituted quinones by the oxidation of aromatic compounds with hydrogen peroxide, including vanadium-containing polyoxotungstate TBA 5-n H n [γ-PV 2 W 10 O 40 ], where n = 1, characterized in that the catalyst is a vanadium-containing polyoxotungstate TBA 5-n H n [γ-PV 2 W 10 O 40 ], where n = 1, mounted on a solid support - nitrogen-containing carbon material, which is a nanotube or nanofibre, the content of polyoxotungstate in the catalyst is 5-25 wt. % 2. Катализатор по п. 1, отличающийся тем, что содержание азота в носителе 1-5 ат. %.2. The catalyst according to claim 1, characterized in that the nitrogen content in the carrier is 1-5 at. % 3. Способ приготовления гетерогенного катализатора, включающего ванадийсодержащий полиоксовольфрамат TBA5-nHn[γ-PV2W10O40], где n=1, для процесса получения замещенных хинонов путем окисления ароматических соединений пероксидом водорода, отличающийся тем, что к раствору полиоксовольфрамата в ацетонитриле добавляют носитель - азотсодержащий углеродный материал, который представляет собой нанотрубки или нановолокна, и минеральную кислоту, полученный катализатор отделяют фильтрованием от раствора и сушат, в результате чего получают катализатор, который представляет собой ванадийсодержащий полиоксовольфрамат ТВА5-nHn[γ-PV2W10O40], где n=1, в количестве 5-25 мас. %, закрепленный на твердом носителе - азотсодержащем углеродном материале, который представляет собой нанотрубки или нановолокна.3. A method of preparing a heterogeneous catalyst, including vanadium-containing polyoxytungstate TBA 5-n H n [γ-PV 2 W 10 O 40 ], where n = 1, for the process of obtaining substituted quinones by oxidation of aromatic compounds with hydrogen peroxide, characterized in that the solution In the case of polyoxotungstate in acetonitrile, a carrier is added - a nitrogen-containing carbon material, which is nanotubes or nanofibers, and the mineral acid, the resulting catalyst is separated by filtration from the solution and dried, resulting in catalysis an ator, which is a vanadium-containing polyoxytungstate TBA 5-n H n [γ-PV 2 W 10 O 40 ], where n = 1, in an amount of 5-25 wt. %, mounted on a solid carrier - nitrogen-containing carbon material, which is a nanotube or nanofiber. 4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что перед процессом нанесения азотсодержащий углеродный материал сушат в вакууме при температуре не выше 100°С.4. The method according to p. 3, characterized in that before the application process, the nitrogen-containing carbon material is dried in vacuum at a temperature not exceeding 100 ° C. 5. Способ получения замещенных хинонов путем окисления ароматических соединений пероксидом водорода в присутствии катализатора, включающего ванадийсодержащий полиоксовольфрамат ТВА5-nHn[γ-PV2W10O40], где n=1, в среде ароматического растворителя - ацетонитрила, отличающийся тем, что в качестве катализатора используют катализатор по пп. 1, 2 или приготовленный способом по пп. 3, 4.5. A method of producing substituted quinones by oxidation of aromatic compounds with hydrogen peroxide in the presence of a catalyst, including vanadium-containing polyoxungstate TBA 5-n H n [γ-PV 2 W 10 O 40 ], where n = 1, in an aromatic solvent - acetonitrile, characterized in that as a catalyst use the catalyst according to paragraphs. 1, 2 or prepared by the method according to paragraphs. 3, 4. 6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что в качестве ароматических соединений берут замещенные фенолы, такие как 2,3,6-триметилфенол, 2,6-диметилфенол и 2,6-дитретбутилфенол.6. The method according to p. 5, characterized in that as aromatic compounds take substituted phenols, such as 2,3,6-trimethylphenol, 2,6-dimethylphenol and 2,6-ditretbutylphenol. 7. Способ по п. 5, отличающийся тем, что катализатор перед использованием сушат в вакууме при температуре не более 60°С.7. The method according to p. 5, characterized in that the catalyst before use is dried in vacuum at a temperature of not more than 60 ° C. 8. Способ по п. 5, отличающийся тем, что в качестве окислителя используют водный раствор пероксида водорода с содержанием пероксида водорода не менее 30 мас. %.8. The method according to p. 5, characterized in that as the oxidizing agent use an aqueous solution of hydrogen peroxide with a hydrogen peroxide content of at least 30 wt. % 9. Способ по п. 5, отличающийся тем, что процесс ведут при температуре не ниже 25°С.9. The method according to p. 5, characterized in that the process is conducted at a temperature not lower than 25 ° C. 10. Способ по п. 5, отличающийся тем, что используют концентрацию субстрата не выше 0.15 М.10. The method according to p. 5, characterized in that use the concentration of the substrate is not higher than 0.15 M. 11. Способ по п. 5, отличающийся тем, что используют мольное отношение пероксид водорода/субстрат не ниже 2.3/1.11. The method according to p. 5, characterized in that the use of the molar ratio of hydrogen peroxide / substrate is not lower than 2.3 / 1. 12. Способ по п. 5, отличающийся тем, что используют мольное отношение субстрат/активный компонент катализатора не ниже 66.12. The method according to p. 5, characterized in that the molar ratio of substrate / active component of the catalyst is not lower than 66. 13. Способ по п. 5, отличающийся тем, что катализатор отделяют фильтрованием и используют повторно.13. The method according to p. 5, characterized in that the catalyst is separated by filtration and reused.
RU2018111572A 2018-03-30 2018-03-30 Catalyst, method for preparation thereof and method for preparation of substituted quinones RU2681950C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018111572A RU2681950C1 (en) 2018-03-30 2018-03-30 Catalyst, method for preparation thereof and method for preparation of substituted quinones

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018111572A RU2681950C1 (en) 2018-03-30 2018-03-30 Catalyst, method for preparation thereof and method for preparation of substituted quinones

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2681950C1 true RU2681950C1 (en) 2019-03-14

Family

ID=65805909

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018111572A RU2681950C1 (en) 2018-03-30 2018-03-30 Catalyst, method for preparation thereof and method for preparation of substituted quinones

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2681950C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5712402A (en) * 1994-08-22 1998-01-27 Board Of Trustees Operating Michigan State University Catalytic applications of mesoporous metallosilicate molecular sieves and methods for their preparation
RU2164510C1 (en) * 2000-03-03 2001-03-27 Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН 2,3,6-trimethylbenzoquinone production process and catalyst for implementation of the process
US6500972B2 (en) * 2001-01-03 2002-12-31 Chinese Petroleim Corp. Synthesis of TMBQ with transition metal-containing molecular sieve as catalysts
RU2196764C2 (en) * 2001-03-26 2003-01-20 Институт катализа им. Г.К.Борескова СО РАН Method of synthesis of substituted quinones, catalyst for its realization and method of catalyst synthesis
RU2568645C1 (en) * 2014-10-29 2015-11-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук Method of producing substituted quinones

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5712402A (en) * 1994-08-22 1998-01-27 Board Of Trustees Operating Michigan State University Catalytic applications of mesoporous metallosilicate molecular sieves and methods for their preparation
RU2164510C1 (en) * 2000-03-03 2001-03-27 Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН 2,3,6-trimethylbenzoquinone production process and catalyst for implementation of the process
US6500972B2 (en) * 2001-01-03 2002-12-31 Chinese Petroleim Corp. Synthesis of TMBQ with transition metal-containing molecular sieve as catalysts
RU2196764C2 (en) * 2001-03-26 2003-01-20 Институт катализа им. Г.К.Борескова СО РАН Method of synthesis of substituted quinones, catalyst for its realization and method of catalyst synthesis
RU2568645C1 (en) * 2014-10-29 2015-11-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук Method of producing substituted quinones

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Xiao et al. One-step synthesis of novel biacidic carbon via hydrothermal carbonization
Evtushok et al. Highly efficient catalysts based on divanadium-substituted polyoxometalate and N-doped carbon nanotubes for selective oxidation of alkylphenols
Sadjadi et al. Recent advances in applications of POMs and their hybrids in catalysis
Leng et al. Organometallic-polyoxometalate hybrid based on V-Schiff base and phosphovanadomolybdate as a highly effective heterogenous catalyst for hydroxylation of benzene
JP5434162B2 (en) Propylene oxide production method
Moaser et al. Curbed of molybdenum oxido-diperoxido complex on ionic liquid body of mesoporous Bipy-PMO-IL as a promising catalyst for selective sulfide oxidation
Evtushok et al. H2O2-based selective oxidations by divanadium-substituted polyoxotungstate supported on nitrogen-doped carbon nanomaterials
Yadav et al. Heterogenized nickel catalysts for various organic transformations
Hu et al. Aerobic epoxidation of styrene over Zr-based metal-organic framework encapsulated transition metal substituted phosphomolybdic acid
Benyounes et al. Green alcohol oxidation on palladium catalysts supported on amphiphilic hybrid carbon nanotubes
Wang et al. Cyclohexane functionalization catalyzed by octahedral molecular sieve (OMS-1) materials
CN111484430B (en) Process for oxidizing thioethers
Mekrattanachai et al. Extremely low loading of Ru species on hydroxyapatite as an effective heterogeneous catalyst for olefin epoxidation
RU2681950C1 (en) Catalyst, method for preparation thereof and method for preparation of substituted quinones
Pan et al. Cu supported over Al-pillared interlayer clays catalysts for direct hydroxylation of benzene to phenol
RU2568645C1 (en) Method of producing substituted quinones
Mehrabi-Kalajahi et al. Preparasion of layered V4AlC3 MAX phase for highly selective and efficient solvent-free aerobic oxidation of toluene to benzaldehyde
Hu et al. Catalytic epoxidation of stilbene with FePt@ Cu nanowires and molecular oxygen
CN107129426B (en) Preparation method of 2, 5-dichlorophenol
Yang et al. Synthesis and characterization of an α-MoO 3 nanobelt catalyst and its application in one-step conversion of fructose to 2, 5-diformylfuran
JP2010163412A (en) Method for producing carbonyl compound
Araghi et al. Efficient oxidation of alcohols with tert-butyl hydroperoxide catalyzed by Mo (CO) 6 supported on multiwall carbon nanotubes
Opembe et al. Efficient Oxidation of 2, 3, 6-Trimethyl Phenol using Non-Exchanged and H+ Exchanged Manganese Oxide Octahedral Molecular Sieves (K-OMS-2 and H–K-OMS-2) as Catalysts
JP2009249206A (en) Titanium oxide particle surface-modified by carbon nanotube whose tip is carried with metallic element
Hosseini-Eshbala et al. Ionic-liquid-modified CMK-3 as a support for the immobilization of molybdate ions (MoO42-): Heterogeneous nanocatalyst for selective oxidation of sulfides and benzylic alcohols