基于溶剂极性的双环戊二烯氢甲酰化反应探索研究

以三苯基膦改性的铁磁性氧化物担载的钴铑双金属为催化剂,考察了不同极性溶剂对双环戊二烯(DCPD)氢甲酰化反应合成三环癸烷不饱和单醛和三环癸烷二甲醛的影响。结果表明,溶剂的极性对反应速率和目标产物的选择性有较大的影响,三环癸烷不饱和单醛的生成速率随着溶剂极性的增加呈现增加的趋势;三环癸烷二甲醛的反应速率和选择性随着溶剂极性的增加先增加后降低。以极性值为5.4的丙酮作为溶剂时,合成三环癸烷二甲醛最佳,选择性达到了72%。

Fe_3O_4负载催化剂上双环戊二烯氢甲酰化

采用共沉淀法制备系列铁磁性氧化物负载的钴、铑及钴铑双金属催化剂。研究以三苯基膦改性的Co/Fe3O4、Rh/Fe3O4和Co-Rh/Fe3O4催化剂对双环戊二烯氢甲酰化合成三环癸烷二甲醛的催化性能,并对催化剂进行XRD、FT-IR和TPR等表征。结果表明,Co-Rh/Fe3O4催化剂对双环戊二烯氢甲酰化合成三环癸烷二甲醛具有最高的选择性。双环戊二烯氢甲酰化合成三环癸烷二甲醛的过程与反应压力、催化剂与双环戊二烯的质量比、反应温度和溶剂的种类有关。增加催化剂与双环戊二烯质量比和升高温度及压力有利于双环戊二烯的转化和三环癸烷二甲醛选择性,采用极性相对较小的溶剂有利于三环癸烷二甲醛的形成。催化剂重复使用5次,催化活性几乎不变。在催化剂与双环戊二烯质量比为2∶15、Rh的负载量为1∶100、反应温度140℃、反应压力7 MPa和反应时间5 h条件下,双环戊二烯转化率达99%以上,三环癸烷二甲醛选择性达60%以上,进一步延长反应时间至12 h,三环癸烷二甲醛选择性超过90%。

不同载体担载的铑催化剂在双环戊二烯氢甲酰化反应中的对比研究

以粉体SiO2、颗粒SiO2、粉体Al2O3、颗粒Al2O3、MCM-41担载的0.1%Rh(以质量分数表示,下同)催化剂对双环戊二烯(DCPD)氢甲酰化合成三环癸烷不饱和单醛(MFTD)进行了对比研究,其中颗粒SiO2和粉体Al2O3具有最短的诱导期,仅有3min;以粉体SiO2和粉体Al2O3担载的0.1%Rh为催化剂,可取得高达98.5%三环癸烷不饱和单醛的选择性;因此,较合适的高效合成三环癸烷不饱和单醛的载体为粉体二氧化硅和粉体氧化铝。以粉体SiO2、颗粒SiO2、粉体Al2O3、颗粒Al2O3、MCM-41担载的2%Rh催化剂对双环戊二烯氢甲酰化合成三环癸烷二甲醛(DFTD)进行了对比研究,双环戊二烯的转化率都达到了100%,其中以粉体SiO2和粉体Al2O3担载的2%Rh为催化剂,三环癸烷二甲醛的选择性达到了70%以上;在2h的反应时间内,所有的催化剂催化合成三环癸烷二甲醛的反应进行的都比较快,但是仅有粉体SiO2担载的2%Rh催化剂在后续的反应时间里,展示了相对强劲的催化活性,在12h的反应时间里,三环癸烷二甲醛的选择性可以达到91%,因此,较合适的高效合成三环癸烷二甲醛的载体为粉体SiO2。

钴的引入对双环戊二烯氢甲酰化担载Rh催化剂的性能影响

以双环戊二烯(DCPD)氢甲酰化反应为探针反应,系统考察了无机氧化物担载的Rh催化剂上引入Co后对性能的影响。实验结果表明:Co的引入不仅可以大幅度的提高DCPD氢甲酰化产物三环癸烷二甲醛(DFTD)的选择性,而且可以加快DFTD的生成速率;相对于Rh催化剂,引入Co之后,DFTD的选择性可以提高20%以上,DFTD的选择性最高可达88.7%。为研究Rh催化剂上引入Co对催化剂活性和目标产物选择性大幅提高的原因,分别对催化剂进行了程序升温还原(TPR)和程序升温脱附(TPD)的表征。TPR的结果显示Co和Rh发生了相互作用,Rh的还原峰明显发生了一定的位移;TPD的结果显示Rh在载体表面的分散性有降低的趋势,表面的Rh活性物种有一定的减少。结合实验数据和表征数据,Rh催化剂上引入Co使催化活性和产物选择性提高的原因可归结为:Co和Rh发生了相互作用;Co的引入虽然造成了表面Rh含量降低,但是形成了高于Rh的活性的新物种,从而导致了催化剂活性和目标产物选择性大幅提高。

钴改性的铁磁性氧化物担载的铑催化剂上双环戊二烯氢甲酰化反应的研究

以三氯化铑、硝酸钴和硝酸铁为原料,碳酸钠为沉淀剂,采用共沉淀法制备了不同担载量的钴改性的铁磁性氧化物担载的铑催化剂,并进行了TPR,TPD和TG-DTA等方面的表征,测试了其双环戊二烯(DCPD)氢甲酰化合成三环癸烷二甲醛(DFTD)的催化性能。结果表明,Rh/Fe_3O_4催化剂加入钴后,改善了Rh还原性和分散性,提高了DFTD的选择性。4Co-2Rh/Fe_3O_4催化剂的DFTD选择性最高,达90.6%,而Rh/Fe_3O_4催化剂仅为21.3%。所有催化剂DCPD转化率都可达100%。催化性能的改进可能是在表面生成了反应性能更高的Rh物种。