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奚祖威等在Science上报道了季铵盐型磷钨杂多化合物Q3[PW4O16](Q=季铵盐,如[π-C5H5N+(CH2)15CH3Cl]等),在以过氧化氢为氧化剂,反应较为温和的条件下,可高效地催化丙烯、环己烯、苯乙烯等大部分烯烃环氧化,烯烃相对于H2O2的转化率及生成环氧化物的选择性大都在90%左右。催化剂自身在溶剂中不可溶,但与过氧化氢反应后,能很快溶在反应溶液中,反应结束后催化剂又能从反应体系中沉淀析出,易于回收循环使用,他们称这一催化剂为反应控制相转移催化剂,受到了学术界和工业界的关注。但在这类催化剂上烯烃环氧化反应的机理还不十分清楚。尤其是催化剂在反应过程中的结构变化尚未有详细表征研究。本论文利用IR、Raman、31P NMR对新鲜催化剂和回收催化剂及反应过程中的溶液进行表征,试图阐明催化剂在反应前、中、后的结构及其物种的变化,并希望了解反应控制相转移的本质,为设计开发其它新的催化体系提供思路和理论基础。 结果表明,新鲜催化剂[π-C5H5N(CH2)15CH3]3[PW4O16]与过氧化氢反应后,催化剂磷钨杂多阴离子中的W-Ob-W和W-Oc-W键发生断裂,解聚生成了含有[W2O2(μ-O2)2(O2)2]结构单元的可溶的小分子活性物种,[(PO4){WO(O2)2}4]3-(PW4),[(PO4){WO(O2)2}2{WO(O2)2(H2O)}]3-(PW3)以及[(PO3(OH)){WO(O2)2}2]2-(PW2)。这些活性物种中[W2O2(μ-O2)2(O2)2]结构单元上的[W(O2)]三元环的活性氧与烯烃反应后,又形成了共点的W-Ob-W和共棱的W-Oc-W键。在起相转移的季铵盐阳离子通过离子对的作用下,杂多阴离子与水相中的过氧化氢反应又重新获得了活性氧,在油相中又把活性氧传递给烯烃,这样杂多阴离子在水油两相中来回穿梭,使反应持续进行,直至过氧化氢消耗完毕。 实验还发现,过氧化氢消耗完后,这些活性物种将会失去[W(O2)]三元环哈尔滨l程人学硕十学位论文上的活性氧,通过自组装形成含有共点的W一Ob一W和共棱的W一Oc一W键的Keggln结构聚杂多阴离子。由于阴离子聚合后体积变大,使得催化剂在反应溶液中的溶解度大大降低,因而从体系中析出。第一次反应回收后形成了缺位的Keggin结构化合物「Pw!,。川’一,随着反应循环次数的增加,催化剂逐渐趋向于形成稳定的Keggin结构化合物[P w 12o40r一。以新制备的Keggin结构磷钨杂多化合物Q3「pwlZO4。](Q=[二一CSHSN+(CHZ)15CH3])为催化剂,在环氧化反应结束后,大部分能返回到原始稳定的Keggin结构。 此外,论文工作中还合成了一种新型的室温离子液体一一1一辛基一3一甲基咪吟磷钨杂多酸盐离子液体,用红外、3’P NMR对其结构进行了表征,井用DTA对其热稳定性进行了测试。发现此新型的离子液体具有很好的热稳定性(> 300℃)和较宽的液程(>3 00oC)。以这类离子液体作为溶剂和催化剂,用35%过氧化氢水溶液和无水的过氧化尿素(UHP)为氧化剂,在室温下对环己烯、苯乙烯和1一辛烯等烯烃的过氧化性能进行测试,转化率可达到53.9、43.8和12.6%,环氧化物的选择性分别为50石、32.1和9.2%;这些探索为进一步深入开展用离子液体进行选择氧化做了前期准备工作。