学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

固定床催化条件下由傅—克反应合成萘酮类化合物的研究

作　者: 卞妮妮
导　师: 毛建新
学　校: 浙江大学
专　业: 化学
关键词: Friedel-crafts反应萘酮分子筛 γ-丁内酯固定床催化反应气固相反应
分类号: O643.322
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 76次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

萘酮类化合物作为重要的化工产品及中间体,在医药、农药、染料等领域有着广泛的应用。Friedel-Crafts反应是合成萘酮类化合物重要反应之一,因具有反应简单、选择性高等优点而被广泛应用。但F-C反应传统的催化剂为Lewis酸(如AICl3、FeCl3、TiCl4、BF3等)和质子酸(如HF、H2SO4、HCl),存在着生产工艺流程复杂、催化剂用量大且不可再生、三废量大等缺点。针对这些问题,人们开始着眼于用固体酸催化剂代替液体酸来实现反应工艺的绿色化,目前大部分研究主要采用间歇式的液固相反应体系,如果能实现在固定床上的连续流动反应,则可以实现连续化生产,进一步提高生产效率,因此,相关的研究具有重要的理论意义和应用价值。本论文主要研究在固定床催化反应器中固体酸催化剂,特别是分子筛和杂多酸负载型催化剂,在4-苯基丁酸分子内酰化、对二甲苯与γ-丁内酯反应中的催化活性情况；对催化剂的性质作了比较系统的表征,并讨论了不同反应条件下的反应规律,对催化剂的失活原因作了初步分析。主要研究内容和结果如下：1.制备得到了杂多酸负载型催化剂和不同方法改性的Beta分子筛。选用不同载体经过等体积浸渍法制备得到了不同负载量的硅钨酸催化剂；制备得到了不同硅铝比Beta分子筛,通过阳离子交换、高温焙烧、酸处理及浸渍法对Beta分子筛进行了改性。利用XRF、XRD、NH3-TPD、SEM、BET及环己醇脱水探针反应等分析手段对催化剂进行了表征。结果表明：①阳离子交换改性对Beta分子筛的晶体结构、硅铝比等影响不大,但在环己醇脱水探针反应中有较明显的区别,金属离子交换后的Beta分子筛反应活性明显低于氢型Beta分子筛。②高温焙烧会导致Beta分子筛中的无序结构增加,结晶度下降。焙烧温度在500℃左右时,分子筛有最高的比表面积及酸性,在环己醇脱水探针反应中表现出最好的催化活性。③酸处理改性会使Beta分子筛脱铝,硅铝比提高。改性之后的分子筛虽然保持了其拓扑结构,但衍射峰强度减弱表明其结晶度降低。酸处理后Beta分子筛的酸性有不同程度的降低,但比表面积没有太大变化。杂多酸负载后的Beta分子筛衍射峰强度有所降低。2.以4-苯基丁酸为原料、在固定床连续流动条件下,经分子内酰化反应合成了α-四氢萘酮。考察了不同催化剂及不同反应条件下的催化活性情况。所得结果如下：①催化剂的酸性、结构以及反应温度是影响反应的关键因素。酸性过强或反应温度过高都将导致更多脱羧副产物正丙苯的生成,适当降低催化剂的酸性或反应温度将有利于目标产物选择性的提高。若分子筛的孔道较小,反应过程中的积碳会覆盖催化剂的表面活性点或堵塞分子筛的孔道,导致反应物分子不能进入分子筛的孔道完成反应,从而使转化率和得率都逐渐降低。而H-Beta分子筛由于其合适的孔道结构和适中的酸性,对此反应具有较好的催化活性和稳定性。②Beta分子筛的硅铝比变化对此反应影响不大,但焙烧温度对催化剂的反应活性和选择性有较大影响,经900℃焙烧的Beta分子筛在10h的连续稳定性实验中保持了较好的活性及稳定性。3.以对二甲苯和γ-丁内酯为反应物,在固定床连续流动条件下,合成了目标产物5,8-二甲基-1-萘酮,考察了不同催化剂及不同反应条件下的催化活性情况。所得结果如下：①与其他几种固体酸催化剂相比,H-Beta分子筛及负载型的硅钨酸催化剂对此反应有较好的催化活性,后者对主产物的选择性较低。②以H-Beta分子筛为催化剂,分别考察了各个反应条件下的催化活性情况。适中的反应温度(240～260℃)和催化剂焙烧温度(500℃)可以得到较高得率的目标产物；中硅铝比的Beta分子筛有较高的催化活性及稳定性；液体进样量及载气流量会影响反应物与催化剂的接触时间,接触时间越长,反应转化率越高,但是目标产物的选择性下降。反应物体积比越大,转化率增高而目标产物选择性下降。③阳离子交换对催化活性影响不大,乙酸铜改性可提高主产物的选择性,0.5mol/L磷酸热处理改性后的分子筛其转化率和得率较未改性分子筛有很大提高。其他酸改性分子筛的催化活性没有太大改善。④催化剂的失活原因可能是由于γ-丁内酯的裂解生成丁烯酸,而丁烯酸的存在容易造成催化剂表面的结焦或积碳而失活。但失活的分子筛可高温通入空气或O2烧去积碳使其再生,再生使用具有较好的重复性。

全文目录

摘要  5-8
Abstract  8-14
第一章文献综述  14-42
  1.1 Friedel-Crafts反应研究概况  14-25
    1.1.1 反应体系的选择及研究概况  14-17
      1.1.1.1 芳环化合物的选择  14-16
      1.1.1.2 酰化或烷基化试剂的选择  16-17
    1.1.2 F-C反应气固相体系研究进展  17-25
      1.1.2.1 气固相F-C烷基化反应  18-21
      1.1.2.2 气固相F-C酰基化反应  21-23
      1.1.2.3 酯类物质的气固相F-C反应  23-25
  1.2 固体酸催化剂及其在F-C反应中的应用  25-29
    1.2.1 杂多酸催化剂及其在F-C反应中的应用  25-26
    1.2.2 分子筛催化剂及其在F-C反应中的应用  26-27
    1.2.3 Beta分子筛的改性及应用  27-29
  1.3 萘酮类化合物研究进展  29-34
    1.3.1 萘酮类化合物合成方法概述  29-30
    1.3.2 苯基丁酸分子内酰化合成萘酮类化合物的研究  30-31
    1.3.3 芳环化合物与γ-丁内酯的合成研究进展  31-34
  1.4 研究的内容、目的和意义  34-35
  参考文献  35-42
第二章催化剂的制备及其表征  42-72
  2.1 主要试剂和仪器  42-43
    2.1.1 主要试剂  42-43
    2.1.2 主要仪器和设备  43
  2.2 催化剂的制备  43-45
    2.2.1 氢型分子筛的制备  43
    2.2.2 负载型杂多酸的制备  43-44
    2.2.3 不同硅铝比Beta分子筛的制备  44
    2.2.4 不同焙烧温度Beta分子筛的制备  44
    2.2.5 不同金属离子交换改性Beta分子筛的制备  44
    2.2.6 不同酸处理改性Beta分子筛的制备  44-45
  2.3 催化剂的表征  45-49
    2.3.1 BET测定  45
    2.3.2 XRD物相测定  45
    2.3.3 XRF测定  45
    2.3.4 扫描电镜测定  45-46
    2.3.5 NH_3-TPD酸量测定  46
    2.3.6 环己醇脱水-探针反应  46-49
      2.3.6.1 前言  46-47
      2.3.6.2 化学试剂和原料  47
      2.3.6.3 仪器设备和分析条件  47
      2.3.6.4 环己醇脱水反应过程  47
      2.3.6.5 各物质物理参数及产物确定  47-48
      2.3.6.6 计算方法  48-49
  2.4 结果与讨论  49-68
    2.4.1 XRF分析  49-50
    2.4.2 XRD物相分析  50-55
    2.4.3 SEM分析  55-56
    2.4.4 BET分析  56-58
    2.4.5 NH_3-TPD酸量测定  58-65
    2.4.6 环己醇脱水-探针反应  65-68
      2.4.6.1 反应温度的确定  65
      2.4.6.2 不同催化剂催化活性  65-66
      2.4.6.3 Beta分子筛不同焙烧温度  66-67
      2.4.6.4 Beta分子筛不同硅铝比  67-68
      2.4.6.5 不同改性Beta分子筛  68
  2.5 本章总结  68-71
  参考文献  71-72
第三章 4-苯基丁酸分子内酰化气固相合成α-四氢萘酮  72-81
  3.1 前言  72
  3.2 实验部分  72-73
    3.2.1 化学试剂和原料  72
    3.2.2 仪器设备和分析条件  72-73
    3.2.3 4-苯基丁酸分子内酰化反应过程  73
  3.3 结果与讨论  73-79
    3.3.1 催化剂的筛选  73-74
    3.3.2 反应条件的影响  74-78
      3.3.2.1 反应温度的影响  74-75
      3.3.2.2 Beta分子筛不同焙烧温度的影响  75-76
      3.3.2.3 磷酸改性Beta分子筛反应活性  76-77
      3.3.2.4 Beta分子筛的稳定性反应活性情况  77-78
    3.3.3 反应历程  78-79
  3.4 本章总结  79-80
  参考文献  80-81
第四章对二甲苯与γ-丁内酯的反应  81-106
  4.1 前言  81
  4.2 实验部分  81-85
    4.2.1 化学试剂和原料  81-82
    4.2.2 仪器设备和分析条件  82
    4.2.3 对二甲苯与γ-丁内酯的反应过程  82-84
      4.2.3.1 气固相体系反应过程  82-83
      4.2.3.2 产物的定性  83-84
    4.2.4 计算方法  84-85
  4.3 结果与讨论  85-101
    4.3.1 催化剂的筛选  85-86
    4.3.2 反应条件的影响  86-92
      4.3.2.1 反应温度的影响  87-88
      4.3.2.2 氮气流量的影响  88
      4.3.2.3 反应液空速的影响  88-89
      4.3.2.4 反应物比例的影响  89-90
      4.3.2.5 Beta分子筛不同焙烧温度的影响  90-91
      4.3.2.6 Beta分子筛不同硅铝比的影响  91-92
    4.3.3 改性Beta分子筛的催化活性情况  92-96
      4.3.3.1 阳离子交换改性Beta分子筛的活性情况  92-94
      4.3.3.2 酸改性Beta分子筛的催化活性  94-96
    4.3.4 分子筛的重复使用情况  96-97
    4.3.5 催化剂的失活原因分析  97-101
  4.4 反应历程  101-103
  4.5 本章总结  103-104
  参考文献  104-106
作者简介  106
发表论文及专利申请情况  106-107
致谢  107

固定床催化条件下由傅—克反应合成萘酮类化合物的研究

内容摘要

全文目录

相似论文