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论文离子液体催化烷基化反应的研究进展
离子液体催化烷基化反应的研究进展
作者:XXX 指导老师:刘涛
(安庆师范学院化学化工学院,安庆,246011)
摘要:离子液体具有很高的选择性和酸催化活性,是一种非常有前途的新型绿色烷基化催化剂,目前已成为当今化学研究的热点之一。本文简介了近年来各类离子液体在催化苯以及催化C4等烷基化反应中的应用,并对离子液体应用所面临的问题进行了简要分析,综述了其作为绿色催化剂在烷基化反应中的应用研究进展,同时展望了其未来发展趋势。
关键词:离子液体;烷基化;催化剂
1、引言
room temperature ionic liquids)、室温熔融盐(room temperature molten salts)、有机离子液体等。离子液体是由烷基季铵阳离子(如R4N+、PR、SR3AlCl4-、BF4-、SbF6-)等组成的复合盐,室温下呈现液态,温度范围宽,不易挥发、不燃烧,无毒,使用安全,溶解能力强,含有B酸和L酸两重酸性的超强酸,可做特殊溶剂,具有很高的酸催化活性和选择性。其比传统的有机溶剂液态温度范围宽、蒸汽压低、电化学稳定性高,具有介质和催化双重功能等特点[3]。
烷基化催化剂的发展有多种,如浓硫酸、氢氟酸、杂多酸、分子筛和离子液体等各种超强酸类催化剂。其中,无机酸催化烷基化反应已有较好的技术并被工业化,但存在着许多技术问题,最大的缺点是存在着严重的设备腐蚀和环境污染问题。为克服上述无机酸催化剂的缺点,新型离子液体催化剂特别适应于目前所倡导的绿色化学技术的要求,可做多种有机反应的催化剂。随着当今无污染清洁技术受到日益关注的程度,因其本身所具有的优越性,离子液体成为目前一种发展前景非常好的新型绿色烷基化催化剂,有着良好的应用价值,因此吸引着各方学者对其进行不断地研究。
2、离子液体催化苯的烷基化
2.1 氯铝酸型离子液体
Welton等[4]认为,傅克烷基化反应是离子液体应用的重要领域。因为由AlCl3与烷基铵盐组成的复合离子液体中,含有的[Al2Cl7]-是傅克烷基化反应所需的活性物种。氯铝酸型离子液体的阴离子为AlCl3,阳离子种类有很多,如含氮有机化合物的氯代物(盐):烷基铵、烷基吡啶、烷基咪唑等等。氯铝酸型离子液体的特点:随着阴阳离子物质的量比的增加,阴离子变化(Cl-→AlCl4-→Al2Cl7-→Al3Cl10-→Al4Cl13-),碱性→中性→酸性→强酸性。当AlCl3和阳离子物质的量比等于2(物质的量分数为0.67)时,阴离子主要是Al2Cl7-,此时烷基化活性最高[5]。
2.1.1 乙烯
乙苯由乙烯与苯烷基化而制,用于生产聚合单体苯乙烯。1980年以前主要采用UCC的“红油”催化专利技术生产乙苯,乙烯溶解度高、转化率高,不足之处在于,三氯化铝随着“红油”失活逐渐溶解到反应物中,失去两相特性,且产物需水洗。BP 公司曾用5L高压釜系统比较过氯铝酸型离子液体和三氯化铝“红油”配合物的催化性能,在苯烯物质的量比为1.67、110℃/3h条件下,使用“红油”和离子液体,乙烯的转化率(0~45%)和选择性(80%→53%)都不高[6]。可能因乙烯溶解度低,传质效果差,导致离子液体的转化率(烷基化产物的产率)低,选择性差则可能因酸性太强所致。Atkins等[7]认为一般用离子液体代替“红油”, 增加5~6倍的生产成本,若要进一步降低催化剂用量,则必须通过调整催化剂的酸性、选择性以及重复使用次数等。孙学文等[8] 为改进离子液体的转化率和选择性,采用方法有降低反应温度提高乙烯溶解度,用FeCl3代替AlCl3阴离子,以氯代1-丁基-3-甲基咪唑为阳离子。当苯烯物质的量比为10、45℃/1h时,转化率可达95%,乙苯选择性为98%,用质子酸改性后,转化率进一步提高到98%,乙苯选择性提高到99%。
2.1.2 1-己烯
陈慧等[9,10]经研究发现,AlCl3/Et3NHCl有很高的催化活性,可在1min内催化反应完全转化,单烷基选择性达到98.1%。他们用阳离子分别为溴代1-甲基-3-乙基咪唑、溴代1-甲基-3-丁基咪唑、三乙胺盐酸盐、四丁基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵的五种氯铝酸型离子液体,按n(苯)∶n(1-己烯)∶n(AlCl3)=3.0∶0.2∶0.01,室温,1min后,五种离子液体的单烷基取代选择性分别为96.8%、96.4%、98.1%、94.4%和89.9%,转化率均达到100%,说明阳离子空间位阻增大不利于提高选择性。他们以三甲胺盐酸盐为阳离子,用FeCl3代替AlCl3,在苯烯物质的量比为15时,90℃/1h,完全不反应,加入盐酸改性后,转化率和选择性接近100%。
2.1.3 环己烯
王迎宾等[11]采用氯铝酸型离子液体(四丁基溴化铵,无水氯化铝),在苯烯摩尔比、反应温度、反应时间的影响下,
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