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非光气清洁合成异氰酸酯是绿色化学化工研究热点。非光气热解法合成脂肪族异氰酸酯1,6-六亚甲基二异氰酸酯(HDI)过程中,其关键中间体1,6-六亚甲基二氨基甲酸甲酯(HDC)合成工艺存在反应效率低、反应机理不明确等问题。本文针对1,6-己二胺(HDA)和碳酸二甲酯(DMC)甲氧羰基化反应制备HDC工艺,围绕催化剂筛选、工艺条件优化、催化反应机理及催化反应动力学展开了系统研究,为非光气法高效制备HDI提供了基础支撑。主要研究内容和结论如下: (1)开展HDA与DMC甲氧羰基化反应网络研究。采用GC-MS、FTIR、元素分析等手段确定出反应体系中的副产物主要包括中间产物1-(6-氨基)-六亚甲基单氨基甲酸甲酯(HMC)及其他7种甲基化副产物;进一步采用重结晶和柱层析结合的方法分离得到中间产物HMC,并建立了其相应气相标准曲线;最后,根据反应体系中存在的副产物推测了反应路径,建立了反应网络。 (2)开展HDA与DMC甲氧羰基化反应均相/非均相催化剂筛选研究,结果表明均相催化剂Mn(OAc)2在该反应体系中具有较好的催化效果;在最优工艺条件下:反应温度为363 K,DMC与HDA的摩尔比值为4∶1,催化剂浓度为HDA质量的7%,反应时间为5h,HDA转化率达到100%,HDC收率达到98.0%。 (3)利用在线红外光谱实验与密度泛函理论(DFT)模拟计算手段相结合研究了Mn(OAc)2均相催化机理,提出了Mn(OAc)2催化HDA和DMC甲氧羰基化反应制备HDC的两步反应机理:Mn(OAc)2先攻击HDA中的氨基N原子生成活性中间体,该活性中间体作为亲核试剂进一步攻击DMC羰基C原子生成氨基甲酸酯。 (4)开展Mn(OAc)2均相催化HDA与DMC甲氧羰基化反应的动力学研究,发现较高的反应温度有利于HMC向HDC的转化;同时建立了动力学方程,计算得到HDC合成过程中两步反应的活化能分别为Ea1=47.0514 kJ·mol-1和E2=60.4504kJ·mol-1,指前因子分别为A1=1.4645×102(mol/L)-3.5432·min-1和A2=3.6519×104(mol/L)-3.3226·min-1。