铼（钼、钨）催化功能型化合物的合成及应用研究

【摘要】铼是一种稀散金属,在化工、催化领域有着诸多的应用。本文在前期工作的基础上,探索新型铼功能化合物的绿色催化体系,以铼粉为起始物,使用标准的Schlenk操作技术,合成了五种未见报道且具有催化功能的新型铼基化合物：吡啶高铼酸盐(C5H6NRe04)、N-甲基咪唑高铼酸盐(C4H7N2ReO4)、吗啉高铼酸盐(C4H10NOReO4).喹啉高铼酸盐(C9H8NRe04)和哌啶高铼酸盐(C5H12NReO4),为了验证目标化合物的结构,分别对五种化合物进行了IR、1HNMR.Raman、ESI-MS表征,并测得其中四种化合物的晶体结构。以合成的五种铼基化合物作为催化剂,研究其对于催化环辛烯环氧化反应的效果,通过单因素实验分别考察了催化剂用量、氧化剂用量、溶剂用量、反应时间和反应温度对催化反应的影响,得到了五种催化环辛烯环氧化体系的最佳反应条件。该催化体系反应条件温和,反应速度快,操作简单,产率高且选择性好。我们还通过光谱实验和密度泛函理论(DFT)对铼基催化剂催化环辛烯环氧化反应机理进行了深入的探讨,确定了反应的活性中间体。这类新型的铼化合物还可以应用于Baeyer-Villiger氧化反应,也取得了优异的催化效果,以2-金刚烷酮为底物,通过单因素实验确定了五个催化2-金刚烷酮BV反应体系的最佳反应条件,都能获得很高的产率和选择性。说明本文所合成的铼基化合物是一类既高效又适用范围宽的催化剂。在铼基化合物催化体系取得良好效果的前提下,本文探求一类催化效果相当,但价格适中的催化材料,以适应工业生产的要求。由于稀有金属钼、钨和铼有着相似的物理及化学性质,且具有独特的催化性能和价格优势,作为深入研究,本文以同类的阳离子基团分别与钼、钨化合物反应,得到三种不同抗衡离子的磷钼钨化合物,分别为[Smim]3[PMoW3O24]、[PPy]3[PMoW3O24]和[N2224]3[PMoW3O24],并对其进行表征,验证其结构。分别以这三种杂多酸为催化剂,UHP为氧化剂,离子液体[Smim]PF6为溶剂,进行环辛烯及环己烯的环氧化反应的评价,考察氧化剂用量、催化剂用量、反应温度和反应时间等因素对反应的影响,确定了最优反应条件,均获得良好的催化效果。本文合成的五种铼基催化剂,在催化应过程中均体现了较高的活性及稳定性,且在完成催化反应后,可以用柱层析法回收,回收的催化剂依然具有良好的催化性能。本文设计的磷钼钨杂多酸催化烯烃环氧化的反应体系,具有转化率高、选择性较好、操作简单、反应条件温和、成本低等优点,最值得指出的是,反应中催化剂和溶剂可以循环使用,循环反应五次后催化活性并没有降低,所以该催化体系是一个高效、环保、绿色的反应体系,具有节能减排,节约成本的潜在工业应用前景。
【作者】王晗；
【导师】臧树良；
【作者基本信息】华东师范大学，分析化学，2014，博士
【关键词】铼；钼钨；催化剂；烯烃环氧化；Baeyer-Villiger；

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