缺位类型磷钨酸盐催化的烯烃环氧化反应

主要合成了两种杂多磷钨酸盐环氧化催化剂,分别是由单缺位Keggin类型磷钨酸阴离子或者饱和结构的磷钨酸阴离子与十六烷基三甲基季铵盐阳离子构成,即[n-C16H33N(CH3)3]4Na3PW11O39(PW11)以及[n-C16H33N(CH3)3]3PW12O40(PW12),将其与低毒性的乙酸乙酯、30%的双氧水、烯烃构成催化环氧化反应体系,以环辛烯的环氧化反应为模型反应,着重探讨了PW11与PW12的催化性能产生明显差异的原因,并通过傅里叶变换-红外光谱,核磁共振谱以及催化剂溶解性实验给出了合理的解释.首先,在进行环辛烯的环氧化反应的动力学研究中,我们发现相同的反应条件下,PW11的催化活性明显高于PW12的催化活性,当反应进行至10min,以PW11为催化剂的反应体系,环辛烯的转化率已达到89%,而相应的采用PW12为催化剂的反应体系,环辛烯的转化率仅仅为11%.通过核磁磷谱(31PNMR)表征证明:当PW11和PW12与双氧水反应10min时PW11已降解产生大量的活性物种,而PW12的31PNMR谱并没有显示降解产物的谱峰.溶解性实验则更近一步说明,两个催化剂在双氧水的作用下均可降解形成小分子的物种,并由水相转移至有机相,而只有当在有机相中的活性物种达到一定的浓度时,才能实现环辛烯的有效转化.由此得出如下结论:在上述催化体系中,PW11和PW12在双氧水作用下的降解速率的差别是导致两者催化活性相差甚远的主要因素.此外,通过PW11和PW12的循环反应结果可以看出,缺位型催化剂更具优势,PW11可循环使用10次并且保持活性不变,而PW12在循环时活性逐渐下降.结合反应前后红外表征的数据可以发现,虽然两种催化剂在反应过程中均保持结构不变,但是PW12相比于PW11在催化循环的过程更易流失.另外,缺位类型磷钨酸盐PW11对不同烯烃和烯醇的环氧化反应效果也在本文中进行了讨论,结果表明,PW11是对环状烯烃,烯醇和苯乙烯都具有良好环氧化活性的相转移催化剂.