Сульфатированные и фторированные оксиды металлов III и IV групп как твердые суперкислотные катализаторы в органическом синтезе
Диссертация
Нами были синтезированы твердые суперкислоты на основе сульфатированных и фторированных оксидов алюминия, циркония, титана и олова и показана возможность их применения на ряде модельных реакций с последующим внедрением в важные технологические процессы производства, например, синтез биодизельного топлива или ожижение газообразного топлива в жидкое. Были определены условия и факторы, влияющие… Читать ещё >
Содержание
- Актуальность работы
- Цель работы
- Личный вклад автора
- Публикации и апробация работы
- Объем и структура работы
- ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
- 1. Понятие кислотности и суперкислотности
- 2. Твердые суперкислоты
- 3. Сульфатированная двуокись циркония
- 4. Сульфатированная двуокись титана
- 5. Сульфатированная двуокись олова
- 6. Сульфат никеля, нанесенный на оксиды металлов
- 7. Кислотные центры на поверхности оксидов, их образование и структура
- ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
- 1. Олигомеризация алкенов
- 1. 1. Олигомеризация изобутена
- 1. 1. 1. Олигомеризация изобутена над сульфатированной двуокисью олова
- 1. 1. 2. Олигомеризация изобутена над сульфатированной двуокисью титана
- 1. 2. Олигомеризация гекс-1-ена
- 1. 3. Димеризация цпклогексена
- 1. 4. Реакция олигомеризации над фторированными катализаторами
- 1. 1. Олигомеризация изобутена
- 2. Использование твердых суперкислот в органическом синтезе
- 2. 1. Синтез трифторпирувата
- 2. 2. Синтез ацилалей
- 3. Переэтерификация и этерификация
- 3. 1. Этерификация бензойной кислоты метанолом
- 3. 2. Переэтерификация этилбензоата метанолом
- 3. 3. Синтез биодизеля
- ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТ
- 1. Приготовление катализаторов
- 2. Олигомеризация изобутилена
- 3. Изучение катализаторов
- 4. Олигомеризация гекс-1-ена
- 5. Димеризация циклогексена
- 6. Синтез метилового эфира трифторпировиноградной кислоты
- 7. Синтез ацилалей
- 8. Этерификация бензойной кислоты
- 9. Переэтерификация этилбензоата метанолом
- 10. Получение биодизеля
- ВЫВОДЫ
Список литературы
- Химическая энциклопедия. М.: Хим. энцикл. 1990. Т.2. С. 393−395
- Сайке П. Механизмы реакций в органической химии. М.: Химия, 1971. С. 50.
- Москва В.В. Понятие кислоты и основания в органической химии // Соросовский Образовательный Журнал. 1996. № 12. С. 32−40.
- Штейнгард В.Д. Суперкислоты // Соросовский образовательный журнал. 1999. № 3. С. 82−87.
- Sohn J.R. Recent Advances in Solid Superacids // J. Ind. Eng. Chem. 2004. V. 10. P. 1−15.
- Hammett L.P., Deyrup A.J. A series of simple basic indicators. I. The acidity functions of mixtures of sulfuric and perchloric acids with water // J. Amer. Chem. Soc. 1932. V. 54. P. 2721−2739.
- Olah A. Crossing Conventional Boundaries in Half a Century of Research // J. Org. Chem. 2005. V. 70. P. 2413−2429.
- Olah G.A., Prakash G.K., Sommer J. Superacids // J. Science. 1979. V. 206. P. 13−20.
- Okuhara T. Water-tolerant solid acid catalysts // Chem. Rev. 2002. V. 102. P. 3641−3666.
- Jin Т., Yamaguchi Т., Tanabe K. Mechanism of acidity generation on sulfur-promoted metal oxides // J. Phys. Chem. 1986. V. 90. P. 4794−4796.
- Li В., Gonzalez R.D. Sol-gel synthesis and catalytic properties of sulfated zirconia catalysts // Ind. End. Chem. Res. 1996. V. 35. P. 3141−3148.
- Yang Т., Chang Т., Yeh C. Acidities of sulfate species formed on a superacid of sulfated alumina // J. Mol. Cat. A: Chemical. 1997. V. 115. P. 339−346.
- Hino M., Arata K. Synthesis of solid superacid catalyst with acid strength of H0 ^ 16.04 // J. C. S. Chem. Comm. 1980. V. 18. P. 851−852.
- Sohn J.R., Park W.C. Correlation between the infrared band frequency of asymmetric S=0 stretching vibration in NiS04/y-Al203 catalyst and activity for ethylene dimerization // Bull. Korean Chem. Soc. 2001. V. 22 (12). P. 1297−1298.
- Sohn J.R., Kwon T.-D., Kim S.-B. Characterization of zirconium sulfate supported on zirconia and activity for acid catalysis // Bull. Korean Chem. Soc. 2001. V. 22. P. 1309−1315.
- Cai T. Studies of a new alkene oligomerization catalyst derived from nickel sulfate // Catal. Today. 1999. V. 51. P. 153−160.
- Sohn J.R., Kim J.-G., Kwon T.-D., Park E.H. Characterization of titanium sulfate supported on zirconia and activity for acid catalysis // Langmuir. 2002. V. 18. P. 1666−1673.
- Larsen G., Lorto Е., Petrovic L.M., Shode D.S. Alcohol dehydration reactions over tungstated zirconia catalysts // J. Catal. 1997. V. 169. P. 67−75.
- Ward D.A., Ко E.I. One-step synthesis and characterization of zirconia-sulfate aerogels as solid superacids // J. Catal. 1994. V. 150. P. 18−33.
- Arata K. Solid superacids // Adv. Catal. 1990. V. 37. P. 165−211.
- Morterra C., Cerrato G., Emanuel C., Bolis V. On the surface acidity of some sulfate-doped Zr02 catalysts // J. Catal. 1993. V. 142. P. 349−367.
- Kustov L.M., Kazansky V.B., Figueras F., Tichit D. Investigation of the acidic properties of Zr02 modified by SO4 «anions // J. Catal. 1994. V. 150. P.143−149.
- Наги Ш. М., Зубков Э. А., Шубин В. Г. Нитрование ароматических соединении, катализируемое Zr02/S04 „// Изв. АН СССР, сер. хим. 1990. Р. 1650−1652.
- Marczewski М., Jakubiak A., Marczewska Н., Frydrych A., Gontarz М., Sniegula A. Acidity of sulfated oxides: A1203, Ti02 and Si02. Application of test reactions // Phys. Chem. Chem. Phys. 2004. V. 6. P. 2513−2522.
- Mantilla A., Tzompantzi F., Ferrat G., Lopez-Ortega A., Alfaro S., Gomez R., Torres M. Oligomerization of isobutene on sulfated titania: Effect of reaction conditions on selectivity // Cat. Today. 2005. V. 107−108. P. 707 721.
- Dalai A.K., Sethuraman R., Katikaneni S.P.R., Idem R.O. Synthesis and characterization of sulfated titania solid acid catalysts // Ind. Eng. Chem. Res. 1998. V. 37. P. 3869−3878.
- Mantilla A., Ferrat G., Lopez-Ortega A., Romero E., Tzompantzi F., Torres M., Ortiz-Islas E., Gomez R. Catalytic behavior of sulfated Ti02 in light olefins oligomerization // J. Mol. Cat. (A).2005. V. 228. P. 333−338.
- Jung S.M., Grange P. Characterization and reactivity of pure Ti02-SO42“ SCR catalyst: influence of S042″ content // Cat. Today. 2000. V. 59. P. 305−312.
- Gomez R., Lopez Т., Ortiz-Islas E., Navarrete J., Sanchez E., Tzompanztzi F., Bokhimi X. Effect of sulfation on the photoactivity of Ti02 sol-gel derived catalysts // J. Mol. Cat. (A) Chem. 2003. V. 193. P. 217−226.
- Guo J., Jin Т., Zhahg S., Li T. Ti02/S04 »: an efficient and convenient catalyst for preparation of aromatic oximes // Green Chem. 2001. V. 3. P. 193−195.
- Jin Т., Ma Y., Sun X., Liang D. and Li T. Facile preparation of 1,1-diacetates from aldehydes with acetic anhydride catalysed by Ti02/S04 solid superacid // J. Chem. Research (S). 2000. P. 96−97.
- Jin T.-S., Sun X., Li T.-S. Ti02/S042″: a facile and efficient catalyst for deprotection of 1,1-diacetates // J. Chem. Research (S) 2000, — P. 128−129.
- Matsuhashi H., Hino M., Arata K. Synthesis of the solid superacids of S0427Sn02 // Chem. Let. 1988. P. 1027−1028.
- Satoh K., Matsuhashi H., Arata K. Alkylation to form trimethylpentanes from isobutane and 1-butene catalyzed by solid superacids of sulfated metal oxides // Appl. Cat. A: General. 1999. V. 189. P. 35−43.
- Furuta S., Matsuhashi H., Arata K. Catalytic action of sulfated tin oxide for esterification and esterification in comparison with sulfated zirconia // Appl. Catal. A: General. 2004. V. 269. P. 187−191.
- Sohn J.R., Park E.H. Characterization of nickel sulfate supported on zirconia and its acidic properties // J. Ind. Eng. Chem. 2000. V. 6 (5). P. 297 304.
- Sohn J.R., Park W.C. New NiS04/Zr02 catalyst for ethylene dimerization // Bull. Korean Chem. Soc. 1999. V. 20 (11). P. 1261−1262.
- Sohn J.R., Park W.C. New synthesis of solid catalysts for ethylene dimerization // Bull. Korean Chem. Soc. 2000. V. 21. P. 1063−1064.
- Pae Y.I., Lee S.H., Sohn J.R. Correlation between acidic properties sulfate supported on Ti02 Zr02 and catalytic activity for ethylene dimerization // Catal. Lett. 2005. V. 99. P. 241−248.
- Sohn J.R., Park W.C., Kim H.W. Characterization of nickel sulfate supported on y-Al203 for ethylene dimerization and its relationship to acidic properties // J. Catal. 2002. V. 209. P. 69−74.
- Sohn J.R., Park W.C. Characterization of nickel sulfate supported on y-Al203 and its relationship to acidic properties // Korean J. Chem. Eng. 2002. V. 19 (4). P. 580−586.
- Cai T., Zang L., Qi A., Wang D., Cao D., Li L. Propene oligomerization catalyst derived from nickel sulfate supported on y-alumina // Appl. Catal. 1991. V. 69. P. 1−13.
- Bernholc J., Horsley J.A., Murrell L.L., Sherman L.G., Soled S. Bronsted acid sites in transition metal oxide catalysts: modeling of structure, acid strengths, and support effects // J. Phys. Chem. 1987. V. 91. P. 15 261 530.
- Gates B.C., Katzer J.R., Schuit G.C.A. Chemistry of catalytic processes. New York- McGraw-Hill, 1979. P. 29
- Venkatesh K.R., Hu J., Dogan C., Tierney J.W., Wender I. Sulfated metal oxides and related solid acids: Comparison of protonic acid strengths // Energy and Fuels. 1995. V. 9 (5). P.888−893.
- Patel A., Coudurier G., Essayem N., Vedrine J.С. Effect of the addition of Sn to zirconia on the acidic properties of the sulfated mixed oxide // J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1997. V. 93 (2). P. 347−353.
- Лавренов A.B. Дисс. канд. хим. наук. Томск, ИННУ СО РАН, 2004
- Кашагульгова Н.С., Коновальчиков Л. Д., Нефедов Б. К., Колесник С. О. Гетерогенные катализаторы для низших олефинов // Химия и технология топлив и масел. 1992. V. 12. Р. 5−6.
- Sohn J.R., Park Е.Н. Acidic properties of ferric sulfate supported on zirconia and catalytic activities for acid catalysis // J. Ind. Eng. Chem. 2000. V. 6 (5). P. 312−317.
- O’Connor C.T., Kojima M. Alkene oligomerization // Catal. Today. 1990. V. 6. P. 329−349.
- Mantilla A., Tzompantzi F., Ferrat G., Lopez-Ortega A., Romero E., Ortiz-Islas E., Gomez. R., Torres M. Room temperature olefins oligomerization over sulfated titania // Chem. Commun. 2004. P. 1498−1499
- К. Танабе Твердые кислоты и основания. M: изд-во «МИР», 1973. С. 14.
- Arata К., Nakamura H., Shouji M., Friedel-Crafts acylation of toluene catalyzed by solid superacids // Appl. Cat. A. 2000. V. 197. P. 213−219.
- Lin С.-Н., Lin S.D., Yang Y.-H., Lin T.P. The synthesis and hydrolysis of dimethyl acetals catalyzed by sulfated metal oxides. An efficient method for protecting carbonyl groups // Catal. Lett. 2001. V. 73. P. 121−125.
- Юркова JI. JL, Иванов B.K., Лермонтов A.C., Шапорев A.C., Лермонтов С. А. Гидротермальный синтез и каталитические свойства суперкислотного сульфатированного диоксида титана // Журнал неорганической химии. 2010. Т. 55 (5). С. 713−717.
- Lermontov S.A., Yurkova L.L., Malkova A.N., Ivanov V.K., Baranchikov A.E., Vasilyeva L.P. Fluorinated metal oxide-assisted oligomerization of olefins // Mendeleev Commun. 2013. V. 23. P. 110−112.
- Yurkova L.L., Lermontov S.A., Kuryleva N.V. Green synthesis of methyltrifluoropyruvate catalyzed by solid superacids // J. Fluor. Chem. 2008. V. 129. P. 332−334.
- Palecek J., Kvicala J., Paleta O. Fluorinated butanolides and butenolides Part 9. Synthesis of 2-(trifluoromethyl)butan-4-olides by Wittig reaction using methyl 3,3,3,-trifliuoropyruvate // J. Fluor. Chem. 2002. V. 113.P. 117−183.
- Paleta O., Palecek J., Dolensky B. Fluorinated butanolides and butenolides Part 8. 2-(Trifluoromethyl)butan-4-olides by synthesis from methyl 3,3,3,-trifliuoropyruvate as building block // J. Fluor. Chem. 2001. V. 111. P. 175−184.
- Кнунянц И. Л., Шокина В. В., Тюленева В. В. О взаимодействии окисей перфторолефинов с нуклеофильными реагентами // ДАН СССР. 1966. Т. 169. № 3. С. 594−597.
- Sianesi D., Pasetti A., Tarli F. The chemistry of hexafluoropropene epoxide //J. Org. Chem. 1966. V. 31. P. 2312−2316.
- Dolensky В., Kvicala J., Palecek J., Paleta O. Methyl 3,3,3-trifluoropyruvate: an improved procedure starting from hexafluoropropene1,2-oxide- identification of byprofucts // J. Fluor. Chem. 2002. V. 115. P. 6774.
- Jin Т., Feng G., Yang M., Li T. A rapid and practical method for deprotection of 1,1- diacetates catalyzed by zirconium sulfate tetrahydrate -silica gel // J. Sci. Islamic Rep. of Iran. 2004. V. 15. P. 139−142.
- Kochhar K.S., Bal B.S., Deshpande R.P., Rajadhyaksha S.N., Pinnick H.W. Conversion of aldehydes into geminal diacetates // J. Org. Chem. 1983. V.48.P. 1765−1767.
- Freeman F., Karchefski E.M. Preparation and spectral properties of benzylidene diacetates // J. Chem. Eng. Data .1977. V. 22. P. 355−357.
- Jin Т., Sun G., Li Y., Li T. An efficient and convenient procedure for preparation of 1,1-diacetates from aldehydes catalysed H2NSO3H // Green Chem. 2002. V. 4. P. 255−256.
- Yadav J.S., Subba Reddy B. V, Kumar K., Reddy G.S. Indiummediated allylation of gem-diacetates to homoallylic acetates in aqueous media // Tetrahedron Let. 2000. V. 41. P. 2695−2697.
- Heravi M.M., Bakhtiari K.,. Tehrani M. H, Oskooie H.A. Solvent-free chemoselective synthesis of 1,1-diacetates catalyzed by Cu (N03)2 3H20 // Synth. Comm. 2007. V. 37. P. 1121−1126.
- Kumar P., Hegde V.R., Kumar T.P. An efficient synthesis of diacetates from aldehydes using beta zeolite // Tetrahedron Let. 1995. V. 36. P. 601−602.
- Jin T.-S., Du G.-Y., Zhang Z.-H., Li T.-S. An effecient and convenient procedure for preparation of 1,1-diacetates from aldehydes catalysed by expansive graphite // Synth. Comm. 1997. V. 27. P. 2261−2266.
- Лермонтов C.A., Юркова Л. Л. Твердые суперкислоты -катализаторы синтеза ацилалей из альдегидов и уксусного ангидрида // Известия Академии Наук, сер. хим. 2008. № 12. С. 421−423.
- Hoffmann M.M., Conradi M.S. Are there hydrogen bonds in supercritical methanol and ethanol? // J. Phys. Chem. (B). 1998. V. 102. P. 263−271.
- Lu J., Boughner E.C., Liotta C.L., Eckert C.A. Neacritical and supercritical ethanol as a bening solvent: polarity and hydrogen-bonding // Fluid Phase Equilibria. 2002. V. 198. P. 37−49.
- Warabi Y., Kusdiana D., Saka S. Reactivity of triglycerides and fatty acids of rapeseed oil in supercritical alcohols // Bioresource Technology. 2004. V. 91. P. 283−287.
- Гумеров Ф.М., Габитов Ф. Р., Газизов P.A., Билалов Т. Р., Яруллин Р. С. Перспективы использования суб- и сверхкритических флюидных сред при получении биодизельного топлива // Сверхкритические Флюиды. 2006. V. 1. Р. 66−76.
- Kusdiana D., Saka S. Effect of water on biodiesel fuel production by supercritical methanol treatment // Bioresource Technology. 2004. V. 91. P. 289−295.
- Bulgarevich D.S., Okatea K., Sakob Т., Sugetaa Т., Takebayashia Y., Kamizawaa C., Shintanic D., Negishic A., Tsurumic C. Kinetics of the N-alkylation by supercritical methanol // J. Supercrit. Fluids. 2003. V. 26. P. 215−224.
- Ozaki J., Djaja S.K.I., Oya A. Chemical recycling of phenol resin by supercritical methanol // Ind. Eng. Chem. Res. 2000. V. 39. P. 245−249.
- Yin S., Sato T. Synthesis and photocatalytic properties of fibrous titania prepared from protonic layered tetratitanate precursor in supercritical alcohols // Ind. Eng. Chem. Res. 2000. V. 39. P. 4526−4530.
- Adschiri Т., Hakuta Y., Arai K. Hydrothermal synthesis of metal oxide fine particles at supercritical conditions // Ind. Eng. Chem. Res. 2000. V. 39. P. 4901−4907.
- Savage P.E. Organic chemical reactions in supercritical water // Chem.
- Rev. 1999. V. 99. P. 603−621.
- Ьйр://т^1к1реё1а.о^М11а/Биодизель
- Satyarthi J.K., Srinivas D., Ratnasamy P. Estimation of free fatty acid content in oils, fats, and biodiesel by NMR spectroscopy 11 Energy& Fuels. 2009. V. 23. P. 2273−2277.
- Юркова JI.JI., Лермонтов C.A., Казаченко В. П., Иванов В. К., Лермонтов А. С., Баранчиков А. Е., Васильева Л. П. Сульфатированный диоксид олова Высокоэффективный катализатор олигомеризации алкенов // Неорганические материалы. 2012. Т. 48 (10). С. 1139−1146.
- Pellerite M.J. Unusual reaction chemistry in thermal decomposition of alkali metal 2-alkoxy-2, 3, 3, 3-tetrafluoropropionate salts // J. Fluor. Chem. 1990 V. 49. P. 43−66.