文档介绍：硅藻土催化苯甲醛乙二醇缩醛的合成探讨
摘 要 以硅藻土作为催化剂,探讨了其对苯甲醛与乙二醇的缩合反应的催化性能,系统考察了硅藻土的用量、醛醇量比、带水剂种类和用量、反应时间等因素对缩醛产率的影响。实验结果表明∶n(苯甲醛)∶n、CaO、MgO、FeO、TiO2、MnO等金属和非金属氧化物活性元素[11],复合而形成酸性催化活性中心,具有固体酸的类似性,因此其本身就是优良的催化剂。硅藻土作为催化剂的直接应用,不仅使工艺更加简单,而且费用将更加低廉。
因此,开发以硅藻土不经任何处理,直接作为苯甲醛与乙二醇的缩合催化剂合成环已酮乙二醇缩酮,不仅原料价廉易得,而且在一定程度上也解决了固体催化剂因性价比低而难以工业化,以及由此产生的环境难题。
1 实验部分
药品及仪器
苯甲醛、乙二醇、环己烷、苯、甲苯、硅藻土均为AR;硅藻土在马弗炉中400 ℃左右烘4 h后备用;Avance400 型核磁共振仪( 瑞士 Bruker公司)。
缩合反应原理
实验步骤
在装有回流冷凝管和分水器的50ml三口烧瓶中,(50mmol)、(70mmol) 、(苯甲醛质量的6% ),加热回流搅拌2h后,冷却,过滤回收硅藻土,旋蒸除去环己烷后,,收率98%。
2 结果与讨论
硅藻土用量对缩醛收率的影响
首先,实验选择 n(苯甲醛)∶n(乙二醇)=1∶,加入15mL 环己烷作带水剂,控制回流分水反应2 h,考察硅藻土的用量(占苯甲醛质量百分数)对缩醛收率的影响,实验结果见表1。在此反应条件下,硅藻土的用量占反应物料苯甲醛质量的2%~6%时,缩醛产率较高且呈上升趋势,这是因为硅藻土用量越多,其表面与反应物作用的酸性活性中心越多[9-10]。再增加硅藻土用量时,其吸附作用导致产品收率反而有所下降。
醛醇物质的量比对缩醛产率的影响
醛醇物质的量比对缩醛收率的影响结果见表2。从化学平衡角度,增加反应物都有利于提高缩醛的收率。结果表明,当醛醇物质的量比为1∶ 时,缩醛产率达到最大,再增加乙二醇的量,收率反而下降。
带水剂对缩醛产率的影响
不同带水剂对缩醛产率的影响,实验结果见表3。选用硅藻土为催化剂时,环己烷为带水剂效果较好,从绿色环保的角度,环己烷也是最佳的带水剂;环己烷的用量对缩醛的生成有一定的影响,用量为10~15 mL 时产率较高。
反应时间对缩醛产率的影响
从表4及反应分水情况可知,反应进行到2 h时已基本完成,再延长反应时间对产品收率基本无影响。所以,从节能的角度出发,本反应的反应时间以2h 较适宜。
硅藻土催化剂的循环使用
使用的硅藻土是环境友好型催化剂,进一步考察其重复使用更具重要意义。表5的实验结果表明,硅藻土作为催化剂使用7次后仍能保持较高的催化活性,说明该催化剂使用寿命较长,催化活性较稳定。
3 结论
本研究直接以硅藻土作为催化剂,利用其特殊稳定的结构和组成来催化苯甲醛与乙二醇进行缩合反应,合成了苯甲醛乙二醇缩酮。通过系统地考察硅藻土