烯转移法催化合成乙烯酯类化合物的反应研究

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乙烯酯类化合物是一种重要的化工原料,其聚合物主要应用于可降解手术缝合线,涂料,胶粘剂和油墨等。其中苯甲酸乙烯酯作为一种重要的衍生物,工业上的生产方法主要为乙炔法和乙烯法,前者原料昂贵,生产过程中后处理难度高,所以产品价格较高;后者采用气相法,由于采用乙烯和氧气进行氧化反应,故往往需要注意爆炸极限,操作难度较高。另一种方法是乙烯基转移法,此方法采用廉价的苯甲酸和乙酸乙烯酯为原料,以钯、金、铱等贵金属(盐)催化剂催化合成苯甲酸乙烯酯,此类均相催化剂由于需要添加膦配体等,对无水无氧要求较高,产率较低且反应时间较长(52 h),所以限制了进一步的应用。相比乙炔法和乙烯法,乙烯基转移法具有原料成本低,操作简单,反应条件温和,不需要高温高压条件等优点,所以本文采用乙烯基转移法,以提高该催化反应效率,降低反应条件要求为目的合成苯甲酸乙烯酯类化合物。通过研究,我们首次发现了一系列铑催化剂,如三水合三氯化铑、威尔金森催化剂、三-三苯基磷羰基氢化铑、乙酰丙酮二羰基铑等,以乙酸乙烯酯和苯甲酸为原料,可以通过乙烯基转移反应催化合成乙烯酯类化合物。通过对反应温度、添加剂的种类、催化剂的种类和催化剂用量的条件探索发现,三水合三氯化铑在添加量为2mol%,反应温度80℃,反应时间为24h,以甲酸钠为添加剂的反应条件下可以高效合成苯甲酸乙烯酯类化合物,产物收率最高达到了 95%,相比钯、金等催化剂具有较高的催化效率,并且该催化剂底物适用性高,对15种底物皆具有较高的催化效率。由于该催化剂不需要额外配体,对空气和水容忍度高,降低了反应条件要求。另一方面,三水合三氯化铑催化剂在酚羟基的干扰下,仍能高选择性地催化羧基进行乙烯基转移反应,相比之下,威尔金森催化剂虽然同样能获得较高的苯甲酸乙烯酯产率,但是对羧基的选择性不高,在酚羟基的存在下更容易对酚羟基发生酯化反应,生成较多的副产物。另外,我们做了循环实验研究,将反应后的催化剂进行分离,发现循环后的铑催化剂仍具有催化效率,最终可以循环反应4次,这在一定程度上降低了该反应的原料成本。最后,我们通过对循环后的铑催化剂进行XPS表征,实验探索氯离子的作用以及添加剂对活性催化剂的作用,提出了基于以上结果的可能的反应机理,为进一步的研究提供了理论支持。
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