α-异佛尔酮催化氧化制备4-氧代异佛尔酮

论文摘要

自由基反应在有机合成中应用广泛,有着离子反应难以替代的优势。研究开发自由基催化剂,逐渐发展成为有机合成新反应的一个热门课题。自N-羟基邻苯二甲酰亚胺的催化性能被发现以来,以N-羟基邻苯二甲酰亚胺（NHPI）为代表的小分子氮氧自由基催化剂,在有机合成中展现了优异性能,逐渐为人们所重视。4-氧代异佛尔酮（KIP）是合成类胡萝卜素、维生素E等化合物的重要中间体。4-氧代异佛尔酮一般是由异佛尔酮（IP）氧化制备。目前主要有两种合成方法：是直接氧化；另一种是间接氧化。由于间接氧化法需要在高温下将α-异佛尔酮首先异构化为p-异佛尔酮,再进行氧化制得4-氧代异佛尔酮（KIP）,条件苛刻。所以由α-异佛尔酮氧化直接氧化制备4-氧代异佛尔酮更具优势。本论文以便宜易得的α-异佛尔酮（a-IP）为原料,研究了在均相和多相催化剂存在下,用分子氧直接氧化制备4-氧代异佛尔酮（KIP）的反应。本论文研究了各种多相催化剂、溶剂以及碱对反应的影响。其中以乙苯为溶剂,Cu3MnO2/NaX（负载量12 wt%）为催化剂,氧气作氧化剂时,取得了较好的催化效果,100℃反应20 h,α-IP的转化率达到27.2%,KIP的选择性为70.8%；在此体系中乙苯不仅是作为溶剂,而且是作为氧化剂参与到异佛尔酮的氧化反应中,该历程是不完全的自由基机理。通过往反应体系中加入自由基引发剂（NHPI）,可得到31.6%的异佛尔酮转化率和72.1%的KIP选择性。在均相体系中,本论文研究了氮氧自由基催化剂NHPI催化α-异佛尔酮氧化的性能,发现以1 mol%NHPI,0.5 mol%CoCl2为催化剂,在无溶剂条件下,用分子氧作氧化剂,100℃反应10h时,得到较好的实验结果：51.0%的转化率和53.8%的KIP选择性。另外,本文还以3,4,5,6-四氯-N-羟基邻苯二甲酰亚胺（TCNHPI）为催化剂,以分子氧为氧化剂,在无金属无溶剂条件下采用直接氧化法将α-异佛尔酮氧化为4-氧代异佛尔酮（KIP）,探索了该催化体系随温度、反应时间及催化剂用量变化的规律。该文章还创新性地设计了一套连续通气装置,研究了不同通气速度对催化效果的影响。结果表明,增加通气速度可以提高催化效果,但当通气速度超过0.2L/min时,通气速度对催化性能的提高几乎无影响。该文章也比较了其他条件相同时,助催化剂的加入与否对催化效果的影响。结果表明,在该条件下,助催化剂几乎不起作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 引言
• 1.1 选题背景
• 1.2 N-羟基邻苯二甲酰亚胺的催化氧化机理
• 1.3 N-羟基邻苯二甲酰亚胺催化氧化α-异佛尔酮的机理
• 1.4 充氧条件对催化效果的影响
• 1.5 NHPI及其类似物为主催化剂的无金属催化体系
• 1.6 小结及本论文的研究思路
• 第二章 分子筛负载金属氧化物催化α-异佛尔酮的氧化
• 2.1 催化实验部分
• 2.1.1 主要原料、试剂和仪器
• 2.1.2 分子筛负载金属氧化物型催化剂制备方法
• 2.1.3 分析仪器及气相色谱分析
• 2.1.4 反应装置与实验操作
• 2.2 实验结果与讨论
• 2.2.1 分子筛负载的各种金属氧化物催化α-异佛尔酮性能研究
• 2.2.2 各种溶剂对负载型催化剂催化α-异佛尔酮氧化反应的影响
• 2.3 本章小结
• 第三章 氮氧自由基催化α-异佛尔酮的氧化
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 主要原料和试剂
• 3.2.2 实验操作
• 2和DDAB催化体系催化异佛尔酮需氧氧化制备氧代异佛尔酮'>3.3 NHPI、CoCl₂和DDAB催化体系催化异佛尔酮需氧氧化制备氧代异佛尔酮
• 2溶解性能的研究'>3.3.1 DDAB提高NHPI和CoCl₂溶解性能的研究
• 3.3.2 实验结果与讨论
• 3.4 N-羟基邻苯二甲酰亚胺（NHPI）、丁二酮肟（DMG）组成二组分催化体系
• 3.5 3,4,5,6-四氯-N-羟基邻苯二甲酰亚胺与丁二酮肟或1,4,5,8-四氯蒽醌组成二组分催化体系
• 3.6 本章小结
• 第四章 无金属无溶剂条件下TCNHPI催化性能的研究
• 4.1 主要药品与仪器
• 4.2 反应装置及操作流程
• 4.3 分析仪器及参数设定
• 4.4 实验结果与讨论
• 4.4.1 温度对催化性能的影响
• 4.4.2 时间对催化性能的影响
• 4.4.3 催化剂用量对催化性能的影响
• 4.4.4 通气速度对催化性能的影响
• 4.4.5 对比实验
• 4.5 小结
• 第五章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢