环己烯、环己烷光热催化氧化的研究

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基于H2O2或分子氧作氧化剂的有机选择氧化是一类重要的有机合成反应,而发展反应条件温和、转化率高和选择性好的有机物选择性氧化方法已成为绿色催化氧化领域的研究焦点。本论文就可见光催化分子氧氧化环己烯和8-羟基喹啉铁类配合物在光或热作用下催化H2O2选择氧化环己烷反应开展研究,其主要研究结果如下:(1)以一系列半导体金属氧化物作光催化剂,考察了它们在可见光照射下催化分子氧选择性氧化环己烯反应的催化性能。结果表明CuO是有效的光催化剂,在无水的乙腈体系中能够很好的实现环己烯向环氧环己烷、环己烯醇、环己烯酮的转化。发展的方法具有反应条件温和,催化剂价廉易得。(2)设计合成一系列单配型的六齿8-羟基喹啉铁类配合物(Q(a-e)3FeⅢ),用UV-Vis, FT-IR, TG-DTA对这些配合物进行了表征,并用密度泛函理论进行了计算,考察了它们分别在光或热条件下催化双氧水选择性氧化环己烷的反应。结果表明这类铁配合物均具有对称的正八面体结构,在热催化环己烷氧化反应中表现出催化反应速度慢,反应时间长的特点。用可见光照射都能不同程度地加速这一催化氧化反应,配合物的取代基对其催化反应速度、最终转化率、以及光促作用有较显著的影响,其中有较高的HOMO和LUMO轨道能量和较弱配位稳定性的5-氯-8-羟基喹啉铁(Qb3FeⅢ)显示较快的反应速度和最高转化率;而有较低的HOMO和LUMO轨道能量和较强配位稳定性的3个二卤代Q(c-e)3FeⅢ均显示明显慢的催化反应速度和较低转化率。值得注意的是3个二卤代Q(c-e)3FeⅢ显示更突出的光促效应,这也许与它们的LUMO和HOMO轨道能量差较小,更易被可见光激发有关。此外,这种光促效应也存在于QsFeⅢ催化其它有机物如苯、甲苯、乙苯和苯甲硫醚的选择氧化反应中。(3)采用5-氯-8-羟基喹啉(b)和5,7-二氯-8-羟基喹啉(c)为配体,设计合成了一种杂配的铁配合物Qb,Qc2FeⅢ。理论化学计算表明这个配合物中三个Fe-O键的键长各不相同,表明它具有畸变的八面体结构。比较杂配型Qb1Qc2FeⅢ和相应单配型催化剂Qb3FeⅢ和Qc3FeⅢ在加热条件下催化双氧水与环己烷选择氧化的结果,发现Qb1Qc2FeⅢ具有更快的催化反应速度和更高的转化率,而且在较低温度下反应,杂配型催化剂的活性优势变得更明显,这很可能归功于它的畸变效应。此外,这种畸变效应引起的活性增加的现象也存在于Qb1Qc2FeⅢ催化其它有机物如苯、甲苯、乙苯和苯甲硫醚的选择氧化反应中。通过对催化环己烷氧化体系的UV-Vis的表征,一个催化引发自由基反应的机理被推测。
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