酸功能化离子液体在酯化反应中的应用研究

2012-03-06 15:41:26 来源: 编辑:中国煤化工网人评论

A-A+

        酸功能化离子液体催化酯化反应中的研究结果表明:酸功能化离子液体本身对酯化反应具有较好的催化性能,即使作为溶剂使用,可以提高催化剂的催化活性,并使得反应具有产物易于分离、离子液体或催化剂可以重复使用等优点。这些酸功能化离子液体大体可分为三类,即氯铝酸系离子液体、耐水系离子液体和烷基磺酸系离子液体。
        (1) 氯铝酸系离子液体
        陈治明等[177]研究了在有Lewis酸功能化离子液体体系中进行的乙酸乙酯反应。结果表明:各种离子液体均有很高的催化活性,转化率在短时间内达到92 %;与H2SO4相比,离子液体的催化活性更佳,产物乙酸乙酯易于分离,分离的催化剂离子液体可重复使用。邹长军[178]用离子液体氯化1-甲基-3-丁基咪唑/AlCl3催化合成了顺丁烯二酸二(2-乙基己)酯。实验结果表明:在该催化体系下,反应物可在理论量下反应,酯化率达到99.6 %,二酯选择性为91.6 %;此外,他们使用该类离子液体催化研究了2-顺丁烯二酸二(2-乙基己基)酯的合成,也得到较为理想的结果[179]。马卫华等[180]合成了氯化1-丁基吡啶/AlCl3等离子液体,并应用于催化合成反丁烯二酸二乙酯。研究结果表明:在所考察的离子液体中,仅氯化1-丁基吡啶/AlCl3为催化剂的酯化率可达66 %以上,其他离子液体的催化效果较差。尽管在酸催化酯化过程中,氯铝酸系离子液体扮演了重要的角色,但是其对水和空气不稳定、重复使用性差,其应用受到了限制。
        (2) 耐水系离子液体。
        以氟硼酸盐为代表的耐水体系离子液体的发展带来了离子液体的高速发展。Zhu等[181]用具有Brønsted酸性的离子液体1-甲基咪唑四氟硼酸盐[Hmim][BF4]催化乙酸丁酯等酯化反应,乙酸转化率均大于90 %;离子液体具有合成简便、催化活性强、分离所得的离子液体除水后可重复使用等优点。武光等[182]研究了环境友好的1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐-[C2mim][BF4]离子液体催化亚油酸等高碳脂肪酸与无水乙醇酯化反应。结果表明:离子液体对亚油酸等脂肪酸的酯化反应显示出了优异的催化性能,亚油酸酯化率最高可达94 %,离子液体循环使用5次以上,酯化率没有明显降低。陈维一等[183]在离子液体二环己基碳二亚胺/4-二甲氨基吡啶(DCC/DMAP)中进行二茂铁甲酸芳香酯的合成研究。结果表明:在离子液体催化下,酯化反应条件温和,产率高;分离所得离子液体可被重复使用5次,目标产物的产率基本不变。由于耐水系离子液体一般不能如氯铝酸系离子液体一样具有较强的酸性,其催化活性受到一定的限制,因此研究者采用复合质子酸的方法提高其催化活性。Atef等[184]利用离子置换的方法合成了阴离子为[HSO4]-的离子液体,并用于催化丙酸与新戊醇的酯化反应。结果表明:阴离子提供的H+具有较好的酸催化活性。Hoang等[150]等使用离子液体1-辛基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐和对甲苯磺酸构成的复合催化体系,用于催化月桂酸、苯甲酸与辛醇、十二醇的酯化反应。结果表明:该催化体系具有易操作、产率高、所需时间短、产物易于分离等优点。Zhang等[143]将超临界CO2与离子液体1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐相结合,用于乙酸乙酯的酯化反应。结果表明:与只用离子液体相比,在大于9.0 MPa的CO2压力下,反应平衡转化率可从64 %提高至80 %。由此可见,耐水系离子液体存在突出问题是酸性弱或无酸性,催化活性受到限制。虽然可以通过上述手段来改进,但又可能带来其他的问题,因此需要设计适合的离子液体来催化酯化反应。
        (3)烷基磺酸系离子液体
        2002年,Cole等[185]首先制备出具有较强Brønsted酸性的烷基磺酸功能化的酸功能化离子液体,并用于乙酸乙酯的酯化反应,离子液体催化剂循环使用5次其活性不变,乙酸乙酯收率均在81 %以上。自此,关于Brønsted酸功能化离子液体的研究成为离子液体功能化研究的新热点。如桂建舟等[145]以烷基磺酸功能化的咪唑盐、吡啶盐或季铵盐的酸性离子液体为催化剂研究了乙醇和乙酸的酯化反应,离子液体的用量为催化剂量的条件下,乙醇转化率为92.3 %,乙酸乙酯的选择性为100 %;离子液体经脱水后重复使用5次,催化活性不变。Xing等[142]以不同阴离子的烷基磺酸功能化的烷基吡啶盐离子液体来催化苯甲酸乙酯的合成反应。研究发现阴离子的Brønsted酸性越强,离子液体与产物酯的不相溶性越强;离子液体的催化活性越好,其中最高酯产率达91 %;产物可倾倒而分离,离子液体经脱水后重复使用4次,催化活性不变。Fang等[186]也以烷基磺酸功能化的烷基季铵盐离子液体来催化苯甲醇和乙酸等系列酯化反应,酯产率均在88~95 %。Yu等[137, 141, 187]在Brønsted酸功能化离子液体催化下研究了邻苯二甲酸二异辛酯、邻苯二甲酸二丁酯和葵二酸二异辛酯的合成反应。结果表明:在酸功能化离子液体催化下,反应底物的转化率均超过97 %,且所选用的离子液体具有良好的重复使用性能,重复使用6次时,反应底物的转化率均超过95 %。解从霞等[188-190]在Brønsted酸性离子液体催化下系统的研究了马来酸和柠檬酸的酯化反应,也取得了良好的结果,很好的实现了反应体系的反应-分离的一体化,且离子液体具有良好的重复使用性能。可见,功能化的离子液体在酸性与可分离性方面均具有一般离子液体不可比拟的优点,所以它们是酯化反应的理想催化剂,并有望替代传统的液体酸催化剂。 

 

  • 0
  • 0
  • 收藏

看过本文的人还看过

微信公众号

中国煤化工网微信公众号