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【催化】有机硒催化实现固载化

【催化】有机硒催化实现固载化 X-MOL资讯
2016-08-05
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导读:扬州大学的俞磊、浙江工业大学的王宇光与朱冰春等人,开发了固载硒催化剂,解决了均相有机硒催化剂在回收利用时遇到的问题。


我国硒资源丰富,开发硒资源的高效利用途径,能够充分发挥我国的资源优势,具有重要的战略意义。目前,有机硒催化已经被成功地应用到一系列有用化合物的清洁合成上,比如反式-1,2-环己二醇1、烯酯2、紫罗兰酮氧化物3、靛红酸酐4、4-亚烃基丁内酸酯5、取代环丁酮6以及腈类7等。这些化合物,有着较好的工业应用价值。


然而,目前这些技术离实际应用尚有一定的距离。在实际应用中,催化剂的回收利用,可降低生产成本,并且减少废弃物生成,是关键技术。有机硒催化剂较稳定,可回收利用而不失活,但现有技术存在着一些问题,从而影响大规模应用。目前,硒催化剂可通过三种方法回收利用:蒸馏、过滤以及萃取。蒸馏法通过蒸馏提纯产物并回收溶剂,而蒸馏残渣含有各种有机硒化合物,可回收利用作下一轮反应的催化剂7a。该方法操作简单,但仅适用于沸点不高的产物合成,并且对于使用过氧化氢做氧化剂的反应,具有较高的危险性1b。过滤法通过过滤将析出的产物分离,滤液中含有溶剂和催化剂,可直接应用于下一轮反应。该方法过程简单,但应用范围狭窄,仅适用于高熔点易结晶化合物的合成4。萃取法在反应结束后用水-有机溶剂萃取,水相含有大量的有机硒催化剂,浓缩后可重新使用。该方法应用范围较广泛,但由于有机硒催化剂在有机溶剂中也有一定的溶解度,在萃取过程中会有所损失,多次累积的损失会导致后续反应产率下降2


为了解决均相有机硒催化剂在回收利用时遇到的这些问题,最近,扬州大学俞磊浙江工业大学王宇光朱冰春等人,开发了固载硒催化剂。该催化剂以聚苯乙烯为载体,芳基硒酸为催化活性物种,可催化过氧化氢氧化环己烯制备反式-1,2-环己二醇,取得了较好的效果1c。值得一提的是,这一工作的亮点不仅仅在于催化剂固载化。进一步的研究表明,固载有机硒催化剂的性质,与小分子有机硒催化剂有较大差异。在固载有机硒催化剂中,六价和二价硒,能够稳定地存在。这两种价态的硒,具有较高催化活性,在小分子化合物中难以稳定存在。因此,固载有机硒催化剂,表现出比小分子有机硒催化剂更高的催化活性,甚至可催化空气氧化环己烯,以18%的产率生产反式-1,2-环己二醇。这一发现揭示了有机硒催化反应中使用空气做氧化剂的可能性。空气是更加廉价、安全的氧化剂。因此,这一发现蕴含着巨大的工业应用潜力,值得进一步的深入研究。

 

这一成果已作为封面论文(inside cover)发表于《Journal of Materials Chemistry A》上1c


参考文献:

1. (a) Yu, L.; Wang, J.; Chen, T.; Ding, K.-H.; Pan, Y. Chin. J. Org. Chem., 2013, 33, 1096. (b) Yu, L.; Wang, J.; Chen, T.; Wang, Y.-G.; Xu, Q. Appl. Organometal. Chem., 2014, 28, 652. (c) Wang, Y.-G.; Yu, L.-H.; Zhu, B.-C.; Yu, L. J. Mater. Chem. A, 2016, 4, 10828.

2. Zhang, X.; Ye, J.-Q.; Yu, L.; Shi, X.-K.; Zhang, M.; Xu, Q.; Lautens, M. Adv. Synth. Catal., 2015, 357, 955.

3. Yu, L.; Bai, Z.-B.; Zhang, X.; Zhang, X.-H.; Ding, Y.-H.; Xu, Q. Catal. Sci. Technol., 2016, 6, 1804.

4. Yu, L.; Ye, J.-Q.; Zhang, X.; Ding, Y.-H.; Xu, Q. Catal. Sci. Technol., 2015, 5, 4830.

5. Yu, L.; Wu, Y.-L.; Cao, H.-E.; Zhang, X.; Shi, X.-K.; Luan, J.; Chen, T.; Pan, Y.; Xu, Q. Green Chem., 2014, 16, 287.

6. Yu, L.; Chen, F.-L.; Ding, Y.-H. ChemCatChem, 2016, 8, 1033.

7. (a) Yu, L.; Li, H.-Y.; Zhang, X.; Ye, J.-Q.; Liu, J.-P.; Xu, Q.; Lautens, M. Org. Lett., 2014, 16, 1346. (b) Zhang, X.; Sun, J.-J.; Ding, Y.-H.; Yu, L. Org. Lett., 2015, 17, 5840.


http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2016/TA/C6TA02566H


原文:Design and preparation of a polymer resin-supported organoselenium catalyst with industrial potential

J. Mater. Chem. A, 2016, 4, 10828-10833, DOI: 10.1039/C6TA02566H


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