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磷钼酸催化α-蒎烯异构化及加成反应的研究

柴坤刚

  具有Keggin型结构的磷钼酸(PMA)是一种高效的杂多酸催化剂,因其具有特殊的催化性能,近年来受到广泛关注。本文研究了磷钼酸均相催化以及活性炭负载磷钼酸固体酸催化剂(PMA/C)多相催化α-蒎烯异构化、α-蒎烯与马来酸酐的Diels-Alder反应以及α-蒎烯与甲醇的加成反应。 PMA均相催化反应存在催化剂与产物分离困难、催化剂不易回收等问题,通过简单浸渍法将PMA负载于活性炭上,制备了一系列不同PMA负载量的PMA/C催化剂。采用FT-IR、XRD、BET、TG及NH3-TPD等手段对PMA/C催化剂的结构、表面形态及其酸性进行了表征与分析,发现PMA仍以Keggin型结构高度分散在活性炭表面,且热稳定性得到加强。此外,随着PMA负载量的增加,催化剂的酸量不断增大,催化活性也随之逐渐增强。 α-蒎烯异构化是α-蒎烯深加工的基础反应之一,在这方面进行研究具有重要意义。PMA催化α-蒎烯异构化反应具有很高的活性和特殊的选择性。分别对PMA均相催化α-蒎烯异构化以及PMA/C多相催化α-蒎烯异构化反应进行了研究,发现反应介质的极性对PMA及其PMA/C催化剂催化下的α-蒎烯异构化的反应活性和主产物选择性影响显著。研究了催化剂用量、反应温度、反应时间等因素对α-蒎烯均相和多相异构化反应的影响,得出了较合适的反应条件。 α-蒎烯的异构化产物α-松油烯可与亲双烯体马来酸酐发生Diels-Alder反应。在对PMA催化α-蒎烯异构化反应的研究基础上,通过将马来酸酐添加至α-蒎烯异构化反应体系中,使α-蒎烯在发生异构的同时与马来酸酐发生Diels-Alder反应。经过优化反应后,该加成反应在PMA均相催化时,主产物α-松油烯-马来酸酐加成物(TMA)的产率最高可达93%以上;在负载型催化剂PMA/C作用下,TMA的产率最高可达80%。 α-蒎烯在酸催化作用下也可与甲醇发生加成反应(或称甲氧基化反应),主要生成α-松油基甲醚(TME)。在PMA均相催化体系中,经优化反应条件,TME产率最高可达37%以上。当以PMA/C作为多相催化剂时,α-蒎烯与甲醇发生加成反应合成TME的最高产率可达33%,该体系的反应结果优于大部分的同类研究报道,表明PMA对该反应具有较高的催化性能。 由PMA/C多相催化这三类反应的反应结果与相对应的PMA均相催化反应结果相比较可知,PMA/C催化活性明显不如前者。然而,通过对PMA/C催化剂应用于这三类反应时的稳定性能进行考察,表明负载后的磷钼酸具有良好的稳定性和重复使用性能。 此外,参考前人对α-蒎烯这三类反应的研究成果,并结合磷钼酸催化体系中的反应结果,对可能存在的反应机理进行了归纳和整理,以期能为相关研究提供一些有益的参考。……   
[关键词]:α-蒎烯;异构化;加成反应;磷钼酸;马来酸酐;甲醇
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:广西民族大学2010年