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柠檬酸对钨酸及磷钨酸的催化活性的改进

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维普资讯 http://www.cqvip.com 第2l卷第3期 Vo1.2l,No ̄ 2OO6年6月 JIm.2∞6 文章编号:1009 柠檬酸对钨酸及磷钨酸的催化活性的改进 曹发斌・,孙盈建・,姜 恒z,刘云义1,孙怀宇・ (1.沈阳化工学院化学工程学院,辽宁沈阳110142 2.LI.宁石油化工大学石化学院,LI.宁抚顺113001) 摘 要:以磷钨酸,钨酸一柠檬酸为催化体系,在无有机溶剂和相转移剂的情况下,催化30%过氧化氢氧化环己酮合 成己二酸。当磷钨酸:柠檬酸:环己酮:过氧化氢=1:20:400:2000(物质的量比,磷钨酸用量为O.25 mmo1)时,使用柠檬酸 来调节钨酸催化活性,反应8 h时,己二酸分离产率达81.2%、产品熔点为150—153℃;以钨酸为催化剂。当钨酸:柠 檬酸:环己酮:过氧化氢=1:2:40:200(物质的量比,钨酸用量为2.5 eroto1)时,反应8 h,己二酸分离产率只有82.5%、产 品熔点为150~153℃。反应时间在2—8 h内,随反应时间的延长,己二酸分离产率增大,而8 h后略有下降。 关键词:己酮;催化氧化;过氧化氢;磷钨酸;钨酸;己二酸;柠檬酸 中图分类号:TQ426.8 文献标识码:A O前言 存,故开发新的以环己酮为原料绿色合成己二酸工 艺路线有现实意义。 己二酸(Adipic Acid)是一种重要的化工原料和 我国是世界钨产量大国。对钨化合物催化剂的 有机合成中间体,主要用于合成尼龙一66(盐)和聚 研究具有重要现实意义。作者已对钨酸催化氧化环 氨酯,还可用于生产高级润滑油、食品添加剂、医药 己烯的合成己二酸进行了研究[9-姗。文中通过催化过 中间体、香精香料控制剂、新型单晶材料、杀虫剂、染 氧化氢氧化环己酮合成己二酸进行了进一步研究。 料等。随着化工新材料的科技进步。其应用领域也在 使用柠檬酸改进钨酸和磷钨酸的催化活性,并对其 不断扩大。预计今后几年全球己二酸需求量年增长 活性进行比较。 率为4%4.5%。2006年和2010年己二酸生产能力 分别有望达3.26Mt/a和3.32Mt/alz1。目前工业上合成 1实验部分 己二酸主要是氧化法,该方法由于使用强氧化 性的,严重腐蚀设备。而且产生的N20被认为是 1.1实验仪器及药品 引起全球变暖和臭氧减少的原因之一闭.给环境造 30%H20:(沈阳新兴试剂厂,分析纯),磷钨酸 成极大的污染。近年来随着绿色化学的兴起,探求高 (沈阳化学试剂厂,分析纯),钨酸(沈阳化学试剂厂, 效、环保的新型催化剂已成为合成己二酸领域的热 分析纯),环己酮(沈阳军事医学科学院材药供应站, 点。 化学纯),柠檬酸(沈阳化学试剂厂,分析纯)。电子天 H202作为一种安全、温和、清洁和价廉易得的 平(AEU一210型,KYOTO JAP公司);六联磁力加热 氧化剂。替代传统的高污染氧化剂在有机合成中的 搅拌器(CJJ79一l型,中国深圳国华仪器厂);熔点仪 应用越来越受到人们的重视 。近年来。使用不同 (RY一2型,天津科技仪器有限公司);傅里叶变换红 的催化剂催化H:o2氧化合成己二酸的研究国内外 外光谱仪(Spec ̄um GX型.美国Perkin—Elmer); 已有一些报道 。但这些尝试中大多是以环己烯或 1HNMR波谱仪(ARX一300型,美国Bruker公司); 环己醇为原料。而以环己酮为原料的研究较少。环己 气相色谱仪(Autosystem XL型.美国Perkin Elmer 酮相对环己烯或环己醇价格便宜且性质稳定容易保 公司)。 收稿日期:2006-04-25 项目基金:辽宁省自然科学基金资助项目(9810301302) 作者简介:曹发斌(1974一),男,安徽无为人,讲师,硕士,研究方向:绿色合成与催化、发光材料等。 维普资讯 http://www.cqvip.com 第3期 曹发斌.等:柠檬酸对钨酸及磷钨酸的催化活性的改进 31 1.2实验 2.2柠檬酸用量的影响 由表2可知.以2.5 mmol钨酸,0.25 mmol磷钨 向150 mL反应瓶中加入一定量催化剂、柠檬 酸和30%过氧化氢。室温下磁力搅拌20 min,再加 入10.5 mL环己酮(约100 mmol。过氧化氢,环己酮 的摩尔比约为5),油浴控制反应温度,使反应温 度初期为80—85℃。后期为95—100℃。反应物始 终处在回流状态。将反应后得到的均相透明的溶液 酸为催化剂,当不使用柠檬酸时,己二酸产率和产品 纯度均较低。钨酸此时的活性稍优于磷钨酸。以钨酸 为催化剂时,在1.25—5.0 mmol内,随柠檬酸用量的 表2柠檬酸用量的影响 于0℃下静置12 h.此时反应瓶中析出大量己二酸 晶体。迅速经减压抽滤,用少量冷水洗涤。在烘箱中 烘干30 min。无需进一步精制。直接称重计算其分 离产率(简称产率),测得产物的熔点一般为150~ 153℃(文献值152℃),红外光谱与己二酸的标准 谱图一致。产品的熔点数据基本相符。对产物进行 GC—MS分析。其主要副产物为戊二酸。 2结果与讨论 2.1催化剂用量的影响 分别采用钨酸和磷钨酸为催化剂考察催化剂用 量对己二酸产率的影响。从表1中可看出,当n钨酸 在1.25~2 5 mmol内,随钨酸用量的增加,i=,--酸 表1催化剂用量的影响 反应条件:催化剂一柠檬酸(2.5 mmo1)一30%过氧化氢 (51 JllL,约500 mmo1)催化氧化环己酮(100 mmo])反应8 h, 合成己二酸 产率和产品熔点都升高;当n钨酸在2.5~10.0 mmol 内。随钨酸用量的增加。己二酸产率下降、产品熔 点变化不显著。而使用磷钨酸时,当n肆钨酸在 0.125~0.25 mmol内,随磷钨酸用量的增加。己二酸 产率增大较快、产品熔点逐渐接近文献值;当n礴钨酸 在0.25~1.0 mmol内。随磷钨酸用量的增加。己二酸 产率略有增加、产品熔点有偏离文献值趋势。即用 2.5 mmol柠檬酸来调节钨酸和磷钨酸的活性.钨酸 和磷钨酸宜分别选用2.5%和0.25%(基于环己酮)。 反应条件:催化剂一柠檬酸一3O%过氧化氢(51 JllL,约 500 mmo1)催化氧化环己酮(100 mmo1)反应8 h,合成己二酸 增加。己二酸产率增长较快、产品熔点越来越接近 文献值;在5.0—10.0 mmol内,随柠檬酸用量的增 加。己二酸产率下降、产品熔点偏离文献值较多: 当n ̄lllm=5.0 mmol时。己二酸产率达82.5%、产品 熔点为150-153℃。这时催化剂活性较强。是由于 在过氧化氢存在下。钨酸易转化为易溶于水的具有 强酸性的过氧化钨酸(H: ̄W20,(O ) (H20)2])t 41。而过 氧化钨酸兼具有酸催化和氧化催化的特性.既可以 提供W氧化活化中心,又可以提供足够的酸性。中 心原子W电子云密度以及空间环境.从而改变催化 剂的活性。以磷钨酸为催化剂时.在1.25~10.0 mmol 内。随柠檬酸用量的增加。己二酸产率升高、产品纯 度有一定改进;但5.0 mmol后。反应受柠檬酸用量 的影响不明显;当n柠lilt=5.0 mmol时,己二酸产 率为81.2%、产品熔点为150~153℃。这是由于磷 钨酸在过氧化氢作用下形成高配位的过氧化配合物 {PO [WO(o)2】4 提高了催化剂的活性,己二酸的收 率和纯度都较大提高。但随柠檬酸用量进一步增加. 该配位氧化物已达到饱和状态。且酸效应在本反应 中不显著,故催化剂活性提高有限。 2.3过氧化氢浓度的影响 改变双氧水浓度。调节催化剂活性。从表3中可 知,无论是钨酸或磷钨酸为催化剂,在3.75%~30% 维普资讯 http://www.cqvip.com 中圈鹆毋 内,随过氧化氢浓度的增大,己二酸产率升高、产品 熔点接近文献值。当W过氯化氢=30%时,2--酸产率分 别达82.5%(钨酸为2.5 reoo1)和81.t2%(磷钨酸为 0.25 mma)、产品熔点均为150—153℃。考虑到过氧 第2l卷 2--酸。8 h后随反应时间的增加.由于过氧化氢过 量,反应物遭过度氧化生成戊二酸和丁二酸等副产 物,导致产率下降,如以磷钨酸为催化剂时,t=10 h 产品熔点为148~152℃(产品纯度下降)。 化氢的浓度再提高。对我们的储存、运输和使用都不 便,且文献[5】报道再提高过氧化氢浓度对反应不 3结论 利,有较多副产物生成。 表3过氧化氢浓度的影响 反应条件:催化剂一柠檬酸(5.0 eroto1)一过氧化氢(500 eroto1)催化氧化环己酮(100 eroto1)反应8 h.合成己二酸 2.4反应时间的影响 由表4知以钨酸为催化剂时,在2~8 h内,随反 应时间的延长。己二酸产率升高、产品熔点不变;在 8~10 h内,反应时间再延长,己二酸产率下降;在f= 8 h时,己二酸产率达825%、产品熔点为15o ̄153℃。 而以磷钨酸为催化剂时,规律与钨酸为催化剂时一 致,这可能是巧合。反应中催化剂可能按如下方式进 表4反应时间的影响 反应条件:催化剂一柠檬酸(5.0 eroto1)一30%过氧化氢(51 mL。约500 eroto1)催化氧化环己酮(100 eroto1)合成己二酸 行:在H2[W2o,(O )。(H2o)2】、{PO。【1 O(O) 一的作 用下,环己酮再经Baeyer—Villiger氧化生成8一己内 酯,8一己内酯在酸性环境中经水解并继续氧化得到 在回流温度下。油浴控温。当钨酸:柠檬酸:环己 酮:过氧化氢=1:2:40:200(物质的量比)时,反应8 h。 己二酸收率可达82.5%:而磷钨酸:柠檬酸:环己酮: 过氧化氢=1:20:400:2000(物质的量比)时,反应8 h, 己二酸收率可达81.2%。反应体系为均相体系.催化 剂分离效果不太好,但无有机溶剂和相转移剂、原料 易得、氧化条件温和、操作简单和反应时间短.是一 条简单易行的途径。 参考文献: 【1】 杨学萍.己二酸生产现状及发展动向【J】.精细石油化工 进展.20o4,5(9】:15—19. 【2】Dickinson R E,Cicerone R J.Future global warming From atmospheric trace gase8【J】.Nature,1986,319:109-1 15. 【3】Scharder S,dehmlow E V.hydrogen peroxide and air as inexpensive oxidants in phase—transfer catalysis叨.Org Prep Proced int.2000,32:123-125. 【4】 Strukul G.Catalytic Oxidations with Hydrogen peroxide as oxide[M],Kluwer.:Dordrecht,1992. 【5]Sato Aoki M,Noyori R.A鲫route to adipic acid: direct oxidation cyclohexenes with 30 percent hydrogen peroxide[J].Science,1998,281:1646-1647. 【6] Reed S M,Hutchison J E.An Enviromentaly Benign Syn— thesis of Adipic Acid【J】.J.Chem.Edu,2000,77(2): 1627—1629. 【7】 Usui Y,Sato k A een method adi#c acid:organic sol— vent一蚰d halide-free oxidation of cycloalkanones with 30%hydrogen eproxide【J】.Green Chem,2003,(5):373— 375. 【8】 李华明,纪,林海强,等.杂多酸催化环己烯氧化合 成己二酸叨.应用化学,2003,20(6):570—573. 【9] 曹发斌,姜恒,宫红.钨酸催化氧化环己烯合成己二酸 【J】.有机化学,2005,25(1):96-100. 【1 o]曹发斌,姜恒,宫红.钨酸,无机酸性配体催化氧化环己烯 合成己二酸叨.合成纤维工业,2OO4,27(6):34_36. 【11】蔡磊,刘万毅.Dawson结构杂多酸盐催化氧化环己酮合 成己二酸【J】.应用化学,2006,23(1):25—29. 【1 2】李华明,纪,林海强,等.H ̄PWv_O帕催化合成己二酸 【J】.精细化工,2003,20(6):37—380 【13】阎松,姜恒,宫红,等.三氧化钨催化氧化环己烯合成己 二酸叨.中国钨业,2005,20(2):33—35,43. 维普资讯 http://www.cqvip.com 第3期 曹发斌,等:柠檬酸对钨酸及磷钨酸的催 鲨 33 【14]石晓波,李春根,万屏南,等.新型钨酸过氧配合物的制 备和表征叨.化学通报,1995,(5):32—33. Phosphotungstic Acid or Tungstic Acid-Catalyzed Oxidation of Cyclohexanone to Adipic Acid in the Presence of Citric Acid CA O Fa-bin ,SUN Yi ian ,JIANG He, ,LIU Yun-yi ,SUN Huai-yu (1.Shenyang Institute of Chemical Technology,Shenyang 1 10142,Liaoning,China; 2.Liaoning University of Petroleum and Chemical Technology,Fushun 1 13001,u∞IlilIg'China) Abstract:Without organic solvent and phase-transfer reagent,the catalytic oxidation of cyclohexanone to adipic acid wih aqueoust 30%hydrogen peroxide Can be achieved in the presence of phosphotungstic acid or tungstic acid—citric acid.When the molar ratio of phosphotungstic acid:citirc acid:cyclohexanone:hydrogen peroxide is 1:20:400:2000(phosphotungstic acid,0.25 reoo1),tthe isolated yield of adipic acid is up to 81.2%for 8 hs.If he ttungstic acid is used as catalyst when he moltr aratio of tungstic acid:citric acid:cyclohexanone:hydrogen peroxide is 1:2:40:200(phosphotungstic acid,2.5 reoo1),tthe isolated yield of adipic acid is 82.5%and the purity ofproduct is high.During he treaction time of2-8 hs,the yield of adipic acid increased wih rteaction time prolonged.After 8 hours,the yield of adipic acid decreased with time increased little by litlte. Key words:cyclohexanone;hydrogen peroxide;phosphotungstic acid;tungstic acid;adipic acid;citric acid 大型矿山的行列。 美国DNSC抛售钨钴 江西赣州治理非法钨矿 江西赣州加大治理非法钨矿力度。以控制钨价格。 中国钨产量的一半来自江西,其中非法采矿产量约为1万t。 目前钨精矿价格已经跌至1O.5—11万元,t。而2月份钨精 矿价格为12—13万元,t。最近价格下跌是因为需求疲软和投 机打压。 美国国防储备中心(DNSC)重新进入市场,在4月26日 抛售3万磅阴极钴。应军方要求。DNSC已经有几个月没有销 售阴极钴。当前该中心的阴极钴库存为320万磅。 钨的抛售仍将持续,本财年已抛售4OO万磅(1 814.4t), 财年结束前还将抛售4OO万磅。DNSC的钨库存为5 300万 磅(24 04O.st)。根据当前的抛售速度。还可以维持7年。 APT和钨铁的出口价格也在下跌。APT价格为265-270 美元,吨度。本周跌了5—1O美元;钨铁价格为31-32美元/l【g, 低于此前的34.5—35.5美元/l【g。据贸易商反映,当前成交量也 较少。 DNSC将提高钨精矿抛售数量 美国国防储备中心(DNSC)在3月24日透露。2006财年 (截止9月1日)将抛售钨精矿800万磅(3 629t),而此前计划 洛钼集团采选规模扩张 从河南省洛阳市获悉。4月19日。洛钼集团公司日 产1万t选矿厂投产。日产3万t露天矿达产。这使该集团采 选规模跃居全国前列。 据介绍.洛阳栾川钼业集团有限责任公司是一个以钼钨 的采、选、冶和深加工为主的国有大型有色冶金矿山企业,主 要产品有钼精矿、白钨精矿、氧化钼、钼铁、二硫化钼、钼酸铵 以及钼的金属材料制品等3O多个品种。产品远销韩国、日 抛售量为500万磅(2 268t)。目前为止。该财年的抛售任务已 经完成一半。2005年,DNSC抛售了500万磅(2 2680钨精 矿。 DNSC试图打破常规。吸引外国投资者或者购买战 略金属库存。美国反对战略金属向国外抛售.已经很长 时间没有对外国销售战略金属库存。 肯纳出售英国子公司 美国肯纳(Kennameta1)已经同意把位于英国的高速钢业 务出售与广州Suncraft国际公司。肯纳位于美国宾夕法尼亚 州,公司此举是为了集中发展制造业务。 交易将在6月30日完成,也就是肯纳财年的结束之日。 (北京安泰科信息开发有限公司提供) 本、美国、欧洲、等国家和地区。洛钼集团目前开采的栾 川钼钨矿,为世界级巨型钼钨矿山,钼金属储量206万t,居 世界七大巨型钼矿之首。平均品位O.124%。该钼钨矿山开采 年限在8O年以上。 洛钼集团经过37年的发展.目前已跨入了国内现代化 

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