论文部分内容阅读
固体酸和离子液体催化有机合成反应是化学化工领域的研究热点之一。在反应体系中加入合适的固体酸和离子液体催化剂,可以提高反应的收率和选择性。甲苯硝化是非常重要的精细有机合成反应,将固体酸和酸性离子液体催化剂应用于芳烃的选择性硝化,是正在兴起的绿色化学合成技术之一。针对工业上采用的传统混酸硝化法所存在的对设备腐蚀严重、可造成环境污染及对硝基甲苯选择性过低等问题,分别讨论了各种固体酸和酸性离子液体对甲苯硝化反应的催化作用。主要工作及结果如下:（1）研究了固体铌酸及其改性物催化甲苯的选择性硝化反应,结果分析表明,改性铌酸催化剂对甲苯硝化均表现出了比铌酸催化剂更强的区域选择性,其催化甲苯硝化反应的催化活性相对次序与它们各自的酸强度大小呈正相关关系。（2）研究了ZrO2-TiO2/SO42-固体超强酸催化甲苯的选择性硝化反应。分析了催化剂锆、钛原子比、焙烧温度、用量、硝化反应条件以及催化剂的重复使用等因素对甲苯硝化反应选择性的影响,确定了最佳硝化条件。（3）研究了不同种类Keggin型杂多酸对甲苯硝化反应选择性的影响。结果表明,相同条件下,杂多酸催化甲苯硝化反应的活性大小顺序与其酸强度次序一致,即:磷钨酸＞硅钨酸＞钼磷酸。（4）利用酸式盐——硫酸氢钠、磷酸二氢钠、磷酸二氢钾作为甲苯选择性硝化反应的催化剂,研究了催化剂用量、硝化反应时间、温度以及催化剂的循环使用等因素对甲苯硝化反应选择性的影响,取得了令人满意的结果。（5）将HNIL·NO3-和HNIL·HSO4-新型酸性离子液体应用于甲苯的选择性硝化,效果良好。尤其是HNIL·HSO4-酸性离子液体的催化活性更是显著提高,这主要是由于HNIL·HSO4-酸性离子液体酸性更强的缘故。（6）采用现代方法对所选择和制备的催化剂进行了表征。硝化反应研究结果表明,上述催化剂均能显著提高甲苯硝化产物的对位选择性和收率,甲苯硝化产物邻/对比在0.88-1.20之间变化,收率可达82.5-100%。（7）研究了固体酸和酸性离子液体催化甲苯选择性硝化反应的机理。反应共分两部进行:第一步是快速的预平衡步骤,活性硝化剂转移至催化剂上;第二步是缓慢的速率控制步骤,粘结在催化剂上的活性硝化进攻试剂与底物反应生成目标产物。