Beckmann重排反应的综合性实验设计与教学应用

Beckmann反应是含有羰基的醛、酮与羟胺反应生成有机肟,在催化剂作用下发生重排,在有机合成中具有重要意义。针对实验教学中有机肟Beckmann重排反应的实验原理直观性不足、反应机理佐证性欠缺等问题,通过二苯甲酮与盐酸羟胺反应生成二苯甲酮肟,多聚磷酸催化分子重排反应生成苯甲酰基苯胺为案例,交叉运用无机化学、分析化学、仪器分析的知识和实验技能,测定阶段产物和终产物的熔点、红外光谱、核磁共振谱并表征其结构,将宏观理化性质与微观结构相结合,解析和验证反应机理,达到Beckmann重排反应实验原理直观、反应机理佐证完善的结果,实验的综合设计与交叉创新提升了Beckmann重排实验的教学效果,并激发学生的创新意识。本文既可为肟类Beckmann重排反应的综合性、设计性实验提供借鉴,也可为教材及实验的改进提供有价值的参考。

H_(2)[SnCl_(6)]配位催化Beckmann重排反应研究

在反应条件相对温和且绿色环保高效的条件下,用成本低廉、方便易得的六氯合锡(IV)酸H_(2)[SnCl_(6)]作催化剂,实现了由二甲苯酮肟转变为N-苯甲酰替苯胺的Beckmann重排反应。在制备中间体酮肟的过程中,采用了流变相法,该法操作简便、反应时间短、且产率高,避免了强酸的使用;将酮肟转化为酰胺的Beckmann重排反应的过程中,选用了六氯合锡(IV)酸(H_(2)[SnCl_(6)])作为催化剂;同时,进一步探究催化剂使用的工艺条件,结果表明,当以乙腈为溶剂,反应温度78℃,催化剂用量为反应物物质的量的15%时,达到96.5%转化率和97.6%的选择性。在此条件下对另外所选的6种扩展底物进行了实验,结果显示当反应物的苯环上有推电子基团时转化率会提高,反之当有吸电子基团时则转化率则会降低;推测了可能的催化机理。

B_2O_3/TiO_2-ZrO_2催化剂上环己酮肟的气相Beckmann重排反应

用共沉淀法制备了TiO2 ZrO2 复合氧化物载体。BET、DTA、XRD表征结果表明 ,该复合载体具有较大的比表面积和较好的热稳定性。对于环己酮肟气相Beckmann重排反应制己内酰胺 ,用复合载体制备的B2 O3 /TiO2 ZrO2 催化剂 ,比分别以TiO2 、ZrO2 为载体所制备的B2 O3 /TiO2 和B2 O3 /ZrO2 催化剂具有更高的活性和选择性。实验结果表明 ,催化剂表面中等强度的酸位是环己酮肟气相Beckmann重排反应的有效活性中心。

环己酮肟在RBS-1催化剂上的气相Beckmann重排反应

研究了370℃时环己酮肟在RBS-1催化剂上转化为己内酰胺的气相Beckmann重排反应。结果表明,该反应具有很高的环己酮肟转化率(99.5％以上)和ε-己内酰胺选择性(95％左右),且催化剂具有良好的稳定性。RBS-1催化剂具有MFI结构特征,BET比表面积达460 m^2/g,外比表面积达60 m^2/g,N_2吸脱附在分压比为0.45～0.98范围存在滞后环,显示中孔结构特征。

环己酮肟在B_2O_3/Al_2O_3-TiO_2催化剂上的气相Beckmann重排反应

制备了B2 O3/Al2 O3 TiO2 复合载体催化剂 ,并考察了其对环己酮肟气相Beckmann重排制己内酰胺反应的催化性能 .结果表明 ,载体中TiO2 的含量、B2 O3 的负载量、载体的预处理温度及催化剂的焙烧温度等均对催化剂的性能产生明显的影响 .当载体中TiO2 含量为 6 0 % ,B2 O3 负载量为 2 0 % ,催化剂经 35 0℃焙烧时 ,环己酮肟的气相Beckmann重排反应的转化率和选择性很高 .用BET ,NH3 TPD ,XRD和IR等方法对催化剂的织构、表面酸性和晶相等进行了表征 ,并与催化剂的活性进行了关联 。

TiO_2柱层状HTiNbO_5的合成及在环己酮肟气相Beckmann重排反应中的催化性能

钛酸异丙酯(TIP)、CH3COOH和H2O按体积比1∶16∶40混合后得到Ti(Ⅳ)多聚阳离子柱化液,与正癸胺插层钛铌酸盐进行交换反应后制得钛(Ⅳ)多聚阳离子插层钛铌酸盐,其层间距为1.70 nm.在空气气氛中于623 K焙烧处理后,所得产品能保持良好的层柱结构.在空气气氛中于723 K焙烧后所得的TiO2柱层状钛铌酸(TiO2-HTiNbO5),其层间距为0.97 nm,比表面积为89 m2/g.以TiO2-HTiNbO5为载体,用浸渍法制备了一系列B2O3负载量不同的负载型样品B2O3/TiO2-HTiNbO5,考察了它们在环己酮肟气相Beckmann重排反应中的催化性能并测试了它们的红外光谱.B2O3/TiO2-HTiNbO5的催化性能优于TiO2-HTiNbO5.在B2O3负载质量分数为7.31%的催化剂上,环己酮肟转化率接近100%且在4.5 h内无明显改变,己内酰胺选择性接近90%.红外光谱分析结果表明,当B2O3负载量很低时,硼组分高度分散于载体TiO2-HTiNbO5表面,并主要以BO4结构形式存在;当B2O3负载质量分数高于7.31%时,BO3结构形式在数量上占优势.将催化性能与红外光谱结果关联后可知,对于负载型样品B2O3/TiO2-HTiNbO5,表面的BO3和BO4两种结构形式在环己酮肟气相Beckmann重排反应中具有协同促进作用.

在RBS-1催化剂上环己酮肟气相Beckmann重排反应副产物的研究

采用色谱-质谱联用仪分析鉴定了RBS-1催化剂上环己酮肟气相Beckmann重排反应的副产物。结果表明,在152.0 kPa、380℃反应条件下,环己酮肟发生气相Beckmann重排反应主反应的同时,伴随发生裂解、水解、醇解、加氢、脱氢、分解、氧化、热缩合和Mannich反应等多种副反应,生成种类繁多的副产物。其中大部分副产物会影响ε-己内酰胺产品质量。副产物中的乙基-ε-己内酰亚胺缩合物和四氢吖庚因-2-酮能通过水解或加氢反应生成目的产物ε-己内酰胺。

反应氛围对RBS-1分子筛催化剂上气相Beckmann重排反应的影响

在常压连续流动固定床反应装置上，考察了反应温度、环己酮肟质量空速（MHSV）、溶剂种类、环己酮肟浓度、载气流量、水的质量分数等反应条件或反应氛围对环己酮肟气相Beckmann重排反应的影响。结果表明，低碳醇适宜作反应溶剂；环己酮肟浓度和载气流量对反应性能有较大影响；反应物料中加入少量水可降低催化剂的失活速率，并可改善己内酰胺的选择性。在微型固定床反应装置上得到的优化反应工艺条件为：催化剂用量0．375g，反应压力101．3kPa，反应温度653～663K，反应物溶剂为乙醇，环己酮肟的MHSV为1～2h^-1，环己酮肟的质量分数为33％～44％，N2载气流量为30-45ml／min。

B_2O_3/TiO_2-ZrO_2催化环己酮肟气相Beckmann重排反应研究 Ⅳ.TiO_2-ZrO_2组成的影响

采用共沉淀法制备了不同组成的复合氧化物TiO2 ZrO2 .N2 吸附和差热分析结果表明 ,随着TiO2 ZrO2 中TiO2 含量的增加 ,其BET比表面积和晶化温度提高 ,并均在TiO2 含量为 5 0 %时达到最大值 .以TiO2 ZrO2 为载体的B2 O3 /TiO2 ZrO2 催化剂对环己酮肟气相Beckmann重排反应的催化性能表明 ,随着TiO2 ZrO2 中TiO2 含量的增加 ,己内酰胺的收率逐渐升高 ,当TiO2 含量增加至 5 0 %时 ,收率达到最大值 (96 7% ) ,之后随着TiO2 含量的进一步增加 ,己内酰胺的收率逐渐降低 .

TiO_2-ZrO_2制备条件对B_2O_3/TiO_2-ZrO_2催化环己酮肟气相Beckmann重排反应的影响

考察了载体TiO2 -ZrO2 的制备条件对B2 O3/TiO2 -ZrO2 催化环己酮肟气相Beckmann重排反应性能的影响 ,确定较佳的制备条件 :分别以四氯化钛和氧氯化锆为钛源和锆源 ,采用反滴法将原料慢慢地滴加到沉淀剂氨水溶液中 ,沉淀终点的pH等于 9 0 ,沉淀的老化温度 2 5℃ ,焙烧温度 5 0 0℃。环己酮肟的转化率和己内酰胺的选择性分别高达 99 7%和 97 0 %。

B_2O_3/TiO_2-ZrO_2催化环己酮肟气相Beckmann重排反应的研究 Ⅲ.反应条件的影响

对B2 O3 /TiO2 ZrO2 催化环己酮肟气相Beckmann重排制己内酰胺的反应条件进行了优化研究 ,系统考察了反应温度、原料空速、载气及其流速和稀释剂等对催化剂催化性能的影响 .结果表明 ,当反应温度为 30 0℃、环己酮肟的重时空速(WHSV)为 0 33h-1、氮气为载气 (流速 30ml/min)及乙腈为稀释剂时 ,B2 O3 /TiO2 ZrO2 催化剂的催化性能最佳 ,连续反应 6h ,环己酮肟的转化率为 10 0 % ,己内酰胺的选择性高达 98 6 % .

环己酮肟气相Beckmann重排反应B_2O_3/TiO_2-ZrO_2催化剂的失活与再生

对环己酮肟气相Beckmann重排反应制己内酰胺B2O3/TiO2-ZrO2催化剂的失活原因和再生方法进行了研究。通过对失活催化剂进行N2吸附、XRD、NH3-TPD等表征后发现,引起催化剂失活的主要原因是催化剂表面因积炭所引起的酸性改变。失活催化剂在600℃于空气气氛中焙烧8h可完全恢复到新鲜催化剂的水平。

焙烧条件对B2O3/TiO2-ZrO2催化环己酮肟气相Beckmann重排反应的影响

考察了催化剂焙烧条件对B2O3/TiO2-ZrO2催化环己酮肟气相Beckmann重排反应性能的影响,确定了其最佳的焙烧条件为温度600℃、时间12 h.反应5 h内环己酮肟转化率和己内酰胺选择性的平均值分别高达99.7%和97.0%.采用N2吸附、XRD和NH3-TPD等方法,研究了焙烧温度对B2O3/TiO2-ZrO2催化剂结构和酸性的影响.结果表明,适当提高焙烧温度有利于B2O3与TiO2-ZrO2的相互作用,生成更多的Beckmann重排反应所需的中等强度酸中心,从而使催化剂的活性和选择性增大;但过高的焙烧温度又造成催化剂中大量的B2O3晶粒析出,使比表面积、酸中心数量和催化活性均明显下降.

浅谈Beckmann重排反应在有机合成中的应用

本文讨论了Beckmann重排反应的机理以及酮肟的几何异构、催化剂的选择及溶剂对产物的收率和酰胺异构体比例的影响 。

环己酮肟在条形TRBS-1催化剂上的气相Beckmann重排反应

条形TRBS-1催化剂的主要组成为Silicalite-1分子筛,该分子筛属于具有MFI拓扑学结构的无铝全硅分子筛,是ZSM-5型结构分子筛家族中组成最简单的一种分子筛,其骨架仅含有硅原子和氧原子,基本结构单元为SiO4四面体。本文制备了条形TRBS-1催化剂用于环己酮肟气相Beckmann重排反应生产ε-己内酰胺。运用XRD、N2吸附-脱附、TEM等技术,对条形TRBS-1催化剂进行了表征。结果显示,条形TRBS-1催化剂具有MFI结构特征;BET比表面积达到360m2/g,非微孔比表面积为30m2/g,孔体积和微孔体积分别为0.48mL/g和0.15mL/g,N2吸附-脱附等温线在p/p0=0.45～0.98范围存在滞后环;条形TRBS-1催化剂的颗粒尺寸为200～300nm,大小均匀,其表面存在大量20～50nm小颗粒的黏结剂。环己酮肟在条形TRBS-1催化剂上的气相Beckmann重排反应具有很高的环己酮肟转化率和ε-己内酰胺选择性,且催化剂稳定性和再生性能良好。

三氟甲磺酸铋催化的Beckmann重排反应在酰胺类化合物合成中的应用研究

发展了一种利用三氟甲磺酸铋(Bi(OTf)_3)催化的Beckmann重排反应。以三氟甲磺酸铋为催化剂,通过Beckmann重排反应制备酰胺类化合物。考察了催化剂、溶剂、温度、催化剂用量、反应时间等因素对Beckmann重排反应的影响。结果表明,结构对称的酮肟底物相对于不对称底物更容易发生Beckmann重排反应。结构中含有—OCH_3、—CH_3等供电子基团,底物活性更高。对酰胺类化合物进行核磁、红外表征。

一步法钴催化Beckmann重排反应研究型综合实验设计

改革传统教学模式,本文设计了以氟硼酸钴水合物为催化剂,在130℃,无溶剂条件下反应1 h,直接催化盐酸羟胺和酮类衍生物(物质的量比1.5∶1),从而一步法钴催化Beckmann重排反应得到相应酰胺的研究型综合实验。学生以小组合作为开展模式,通过文献调研、实验设计、实验过程、表征分析等一系列活动,自主创新实验方案。既能改善传统教学一成不变的习惯,又能全方位提高学生的综合素养,达到培养合格研究型人才的目的。

丁基吡啶四氟硼酸盐中的两相Beckmann重排反应

在丁基吡啶四氟硼酸盐([bupy][BF4])/甲苯两相体系中,以含磷化合物(PICl3,PCl3,PCl5)催化环己酮肟的Beckmann重排反应。考察了催化剂和离子液体用量、物料配比、反应时间、反应温度等条件对环己酮肟转化率、己内酰胺选择性的影响。结果表明,POCl3催化的两相重排反应结果很好,环己酮肟的转化率高达100.0％,己内酰胺的选择性高达99.3％。并优化出POCl3催化的两相重排反应条件。在两相体系中进行重排反应有利于控制反应速率和实现体系取热。

B_2O_3/TiO_2-ZrO_2催化环己酮肟气相Beckmann重排反应的研究Ⅰ.B_2O_3含量的影响

制备了不同B2 O3 含量 (0～ 2 0 % )的B2 O3/TiO2 ZrO2 固体酸催化剂 ,用XRD ,FT IR ,N2 吸附及NH3 TPD等方法测定了其结构、比表面积、孔分布和表面酸性 .结果表明 ,当B2 O3 含量较低 (≤ 5 % )时 ,催化剂呈无定形态 ,样品中的B2 O3 主要以BO4 结构存在 .当B2 O3 含量较高 (≥ 8% )时 ,催化剂中的TiO2 ZrO2 以ZrTiO4 晶相存在 ,分散于TiO2 ZrO2 表面的B2 O3 主要以玻璃体形式和BO3 结构存在 .随着B2 O3 含量的增加 ,催化剂的比表面积减小 ,孔径增大 .30 0℃下的环己酮肟气相Beck mann重排反应结果表明 ,随着B2 O3 含量的增加 ,己内酰胺的选择性逐渐增大 ,而己内酰胺的收率在B2 O3 含量为 12 %时达到最大值 .讨论了B2 O3/TiO2 ZrO2

Silicalite-1的后处理对其催化环己酮肟气相Beckmann重排反应性能的影响

研究了silicalite 1分子筛的不同后处理方法对其催化环己酮肟Beckmann重排制己内酰胺性能的影响,这些方法包括水(或氨)蒸气处理以及在碱性、酸性或中性条件下用NH4NO3 处理.结合XRD ,FT IR和2 9SiMASNMR表征结果对silicalite 1催化剂的活性中心进行了探讨.结果表明,碱性条件下用NH4NO3 进行后处理对提高分子筛的催化性能最为有利.分子筛上无规则排布的末端硅羟基数量的减少。