酸性离子液体催化4,4’-二氨基二苯甲烷合成反应研究

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4,4’-二氨基二苯甲烷(4,4’-MDA)是一种重要的有机化工中间体。针对液体酸催化剂腐蚀性强、难以重复使用和固体酸催化剂反应温度高、选择性低等缺点,本文制备了磺酸功能化离子液体和固载型离子液体,表征了其结构和酸性并考察了其在4,4’-MDA合成反应中的催化性能。首先,制备了一系列磺酸功能化离子液体,对其结构和酸性进行了表征,并评价了其催化苯胺(AN)与甲醛缩合制备4,4’-MDA反应性能。发现离子液体的催化效果与其酸强度正相关:[HSO3-bmim]CF3SO3的酸强度最高,催化效果最好。以[HSO3-bmim]CF3SO3为催化剂,考察了反应条件对4,4’-MDA合成反应的影响,得到适宜的反应条件为:n(AN)/n(HCHO)=5,w(cat.)/w(HCHO)=3.5,反应温度80℃,反应时间8h。在此条件下,苯胺转化率为36.3%,4,4’-MDA的收率和选择性分别为79.4%和87.9%。反应完后,利用萃取方法回收离子液体。紫外和红外表征结果表明,苯胺与离子液体的酸中心发生了化学作用。将回收的离子液体进行酸化处理后再用于下一次反应中,其重复使用4次,催化活性没有明显降低。采用HPLC-MS对4,4’-MDA合成反应体系进行定性分析,推测了该离子液体的催化作用机理。为了降低离子液体用量,简化后处理过程,通过三种反应途径制备了固载型离子液体,并对其催化苯胺与甲醛缩合制备4,4’-MDA反应性能进行了评价。发现固载型离子液体的催化效果与其固载量正相关:SiO2@[HSO3-ppim]CF3SO3-Ⅰ的固载量最高,催化效果最好。以SiO2@[HSO3-ppim]CF3SO3-Ⅰ为催化剂,考察了反应条件对4,4’-MDA合成反应的影响,得到适宜的反应条件为:w(cat.)/w(HCHO)=1.5,n(AN)/n(HCHO)=4,反应时间7h,反应温度80℃。在此条件下,苯胺转化率为40.1%,4,4’-MDA的收率和选择性分别为74.9%和94.5%。反应完后,经过滤回收催化剂。通过酸碱滴定法和红外表征,进一步佐证了苯胺与离子液体的酸中心发生了化学作用。利用酸化处理回收的催化剂,再用于下一次反应,可重复使用4次,催化活性没有明显降低。对比磺酸功能化离子液体与固载型离子液体对4,4’-MDA合成反应的催化性能,发现固载型离子液体具有苯胺用量小,催化剂TOF值高,4,4’-MDA选择性高,后处理简单的优点,充分体现出固载型离子液体的优越之处。
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