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第3O卷第1期 辽 宁 石 油 化 工 大 学 学 报 Vo1.30 No.1 2010年3月 JOURNAL OF LIAONING SHIHUA UNIVERSITY Mar.2010 文章编号:1672—6952(2010)01—0011—04 K5 CoW12 O4o?3 H2 O催化合成环己酮 1,2一丙二醇缩酮 赖君玲,韩春玉,刘春生,罗根祥 (辽宁石油化212大学化学与材料科学学院,辽宁抚顺113001) 摘要:研究了杂多化合物KsCoW zO o?3H O作为催化剂对环己酮和1,2一丙二醇缩酮的催化活性。系 统考察了酮醇物质的量比、催化剂质量、带水剂体积、反应时间和催化剂重复使用性等因素对产品收率的影响。实 验结果表明,杂多化合物KsCoW zO o?3Hz0是合成环己酮1,2一丙二醇缩酮的良好催化剂,在酮醇物质的量比为 1:1.4、催化剂质量为0.5 g、带水剂环己烷体积为9 mL、反应时间为70 min的最佳条件下,环己酮1,2一丙二醇缩 酮的收率最高可达94.2 。 关键词: 环己酮1,2一丙二醇缩酮; 杂多化舍物K5CoWl2O4o?3H2O; 催化; 缩酮反应 中图分类号:TQ432.93 文献标识码:A doi:10.3696./j.issn.1672—6952.2010.01.004 Synthesis of Cyclohexanone1,2--Propylene Ketal Catalyzed by Potassium Dodecatungst0c0baltate Trihydrate LAI Jun—ling,HAN Chun—yu,LIU Chun—sheng,LUO Gen~xiang (School of Chemistry and Materials Science,Liaoning Shihua University,Fushun Liaoning 113001,P.R.China) Received 29 August 2009;revised 26 October 2009;accepted 20 November 2009 Abstract:The catalytic activity of potassium dodecatungstocobaltate trihydrate(K5 CoW12 O4o ?3 H2 O) on the reaction between cyclohexanone and 1,2一propylene keta1.The effects of the cyclohexanone/1,2一propylene alcohol molar ratio,the amount of the catalyst agent and water—carrying agent,the reaction time,the using regenerated catalyst on the yield of Cyc10hexanone1,2一propylene ketal were systematically investigated.The results show that potassium dodecatungstoc0baltate trihydrate(Ks CoW ̄2 040‘3 H2 0)is a good water—carrying agent for the reaction between cyclohexanone and 1.2一propylene keta1.The results showed that the suitable condition for the reaction are as follows:benzaldehyde/1,2一propylene molar ratio is 1。 1.4,the amount of potassium d0decatungstocobaltate trihydrate (K5 CoW12 O40 ?3 H2 O) is 0.5 g,the volume of cyclohexane is 9 mL,and reaction time is 70 min.The maximum yield of benzaldehyde 1,2一propylene ketai is up tO 94.2 . Key words: Cyclohexanone 1,2一propylene ketal;Potassium dodecatungstoc0baltate trihydrate(K5 CoWl2 O4o ?3 H2 O); Catalysis;Ketalation Corresponding author.Te1.:+86—15898330830;fax:+86—413—6860488;e--mail:fs_cedar@yahoo.corn.cn 随着日用化学工业的迅速发展,对香料、香精的 杂多酸在取代硫酸作为有机合成的催化剂方面已取 需求量不断增加。缩酮是一类有着优于母体酮的花 得了较为明显的进展并受到广泛重视 一r 3,最近有 香、果香或特殊香气香味的香料,常用于酒类、软饮 文献报道杂多化合物K CoW O 。?3H O也可用 料、冰淇淋、化妆品等的调香和定香,有机化合物的 做有机合成的新型催化剂L8]。 羰基保护,制药工业的中间体以及用作特殊反应溶 本文将杂多化合物K CoW O 。?3H。O应用 剂_1J。缩酮的工业合成一般是用无机质子酸 作催 于环己酮与1,2一丙二醇的缩合反应取得了良好的 化剂,这类催化剂价格低廉,产品收率较高,但也存 效果,利用杂多化合物K CoW O 。?3H O作为合 在腐蚀性强、污染环境、副反应多等缺点。近年来, 成环己酮1,2一丙二醇缩酮的催化剂的研究少有报 道。 收稿日期:2009一O8—29 作者简介:赖君玲(1976一),女,辽宁大石桥市,讲师,硕士。
辽宁石油化工大学学报 第3O卷 1 实验部分 溶解得到醋酸钴溶液[6 ;另取19.8 g钨酸钠加人去 1.1试剂及仪器 离子水中,以醋酸调节pH至6.5~7.5,得到钨酸 环己酮(分析纯,沈阳市新化试剂厂);1,2一丙 钠溶液;将醋酸钴溶液加入到已加热近沸的钨酸钠 二醇(分析纯,沈阳市东兴试剂厂);环己烷(分析纯, 溶液中,小火煮沸混合物,趁热加入13 g KC1固体, 沈阳市新化试剂厂);氯化钾(分析纯,大连无机化工 溶解后将混合物冷却至室温,抽滤,将沉淀物取出, 厂);钨酸钠(分析纯,沈阳试剂厂);醋酸钴(分析纯, 加入40 mL H SO ,小火加热后过滤。将滤液加热 天津市化学试剂三厂);过二硫酸钾(分析纯,天津开 至近沸,搅拌下慢慢加入10 g K。S O。,直至溶液由 发区海光化学制药厂)。 人 HC H C(+ m彳) 。 H C 蓝色转为橙色,在200℃下干燥,得到杂多化合物 Spectrum GX红外光谱仪(Perkin—Elmer公 K5CoWl2O40?3H2O。 司);wZS一1阿贝折光仪(上海分析仪器厂)。 1.3环己酮1,2一丙二醇缩酮催化合成 1.2催化剂的制备 环己酮和1,2一丙二醇的反应方程式如下: 在稀释的醋酸溶液中,加入2.5 g醋酸钴,搅拌 0 K5CoW12O4o?3H2O 一 O—CH <× I— O—CH, +H o 将一定质量比的环己酮、1,2一丙二醇、催化剂 由表1可知,随着1,2一丙二醇质量的增加,环 K CoW 2O 。?3H2O和带水剂环己烷加入5O mL 己酮的转化率提高,当酮醇物质的量比为1:1.4 三口烧瓶中,投入沸石,然后安装分水器,用电磁搅 时,产品收率达到最大,而后随着1,2一丙二醇的质 拌加热至沸腾,刚开始时要快速搅拌以防止爆沸,以 量继续增加,产品收率出现了下降的趋势。可能是 O 后可逐渐降低搅拌速度。然后用分水器把水逐渐分 由于1,2一丙二醇的质量增加使得环己酮和催化剂 2 去,直到分水器中不再有水分出现时为止。拆下分 的质量分数相对降低,从而使收率下降。因此确定 水器,合并分水器和烧瓶中的有机层,过滤除去催化 酮醇的最佳物质的量配比为1:1.4。 剂之后进行常压蒸馏,收集174~180℃的馏分,称 2.2催化剂质量的影响 重,计算产品收率,并对产品进行进一步的折光率和 n(环己酮)0.1 mol、酮醇物质的量比1:1.4、V 红外定性分析。 (带水剂)10 haL、反应时间60 min、90~120℃下回 流反应,考察催化剂的质量对产品收率的影响,实验 2 2结果与讨论 结果见表2。 表2催化剂质量对产品收率的影晌 2.1酮醇物质的量比的影响 m(催化剂)/g 收率,% 由合成环己酮1,2一丙二醇缩酮的反应方程式 可知,环己酮和1,2一丙二醇理论物质的量比为1: 1。为了提高目标产物缩酮的收率,理论上使一种反 应物过量,但为了节约实验成本和简化后处理过程, 选择l,2一丙二醇过量。反应条件为 (催化剂)为 0.3 g、反应时间60 min、V(带水剂)10 mL,固定72 (环己酮)为0.1 mol,改变酮醇物质的量比,实验结 果见表1。 表1 酮醇物质的量比对产品收率的影响 由表2可知,当催化剂质量增加时,产品收率随 酮醇物质的量比 收率, 着增加。催化剂质量为0.5 g时,产品收率达到最 82.4 高;而后继续增加催化剂的质量,收率降低。原因在 84.2 于:环己酮与1,2_丙二醇缩合的反应为可逆反应, 86.3 当催化剂的质量过少时,反应时间稍长并且反应不 87.6 完全使得收率较低;而当催化剂质量过多时,则引起 86.9 副反应的发生,同样也使得收率降低。因此选择催 O3∞ 6
第1期 赖君玲等.K CoW O 。?3H 2O催化合成环己酮1,2一丙二醇缩酮 13 化剂质量为0.5 g为最佳。 2.3反应时间的影响 醇)一1.0:1.4, (催化剂)为0.5 g,反应时间7O min, (带水剂)9 mL,待第一次反应结束后,过滤, 分离出催化剂,在上述反应条件下重复使用5次,实 0 n n(环己酮)0.1 tool、环己酮与1,2一丙二醇物 质的量比为1:1.4、 (带水剂)10 mL、催化剂质量 ∞ ∞ ∞ 验结果见表5。∞ ∞ 为0.5 g,考察反应时间对产品收率的影响,实验结 果见表3。 ‘ 由表5可知,催化剂使用5次后仍能保持较高 的催化活性。原因是由于该催化剂不溶解于醇,因 此催化剂损失少,所以催化剂有很好的重复使用稳 定性。 表5催化剂重复使用对产品收率的影响 明 % % 2 3 5 O 8 由表3可知,反应进行到70 min时基本完成, 再延长反应时间收率不但没有升高,反而有所下降, 因此最佳反应时间为70 min。 表3 反应时间对产品收率的影响 ∞ 4 8 2 % ∞ 2 5 6 1 使用次数 收率, 反应时间/min 收率, 94.2 93.9 93.7 93.6 93.2 2.6产品结构分析 实验所得环己酮1,2一丙二醇缩酮为无色透明 2.4带水剂体积的影响 液体。 选择 (环己酮): (1,2一丙二醇)一1:1.4, 利用红外光谱仪测定产品的主要红外光谱数 固定 (环己酮)为0.1 tool,催化剂质量为0.5 g,在 据:2 937 cm 和2 864 cm 处有C—H键伸缩振 90~120℃回流下反应70 min,考察带水剂体积对 动吸收峰,1 103 cm 为五元环缩酮的特征吸收峰, 产品收率的影响,其结果见表4。 未见醇羟基和羰基的特征吸收峰。 表4带水剂体积对产品收率的影响 经测定折光率n。 。为1.449 4,与文献[9]中的 (环己烷)/mL 收率, D。。(1.449 O)基本相符。 3 结束语 1)以杂多化合物K CoW。 O 。?3H O为催化 剂合成环己酮1,2一丙二醇缩酮的最佳条件为: (环己酮): (1,2一丙二醇)=1:1.4、 (催化剂) 为0.5 g、 (带水剂)为9 mL、反应时间70 rain,环 己酮l,2一丙二醇缩酮收率最高可达94.2 。 由表4可知, (带水剂)为9 mL时收率为最 2)催化剂K CoW 。O 。?3H O对合成缩酮产 高,再增加带水剂体积收率略有下降,所以V(带水 品具有催化活性高、工艺流程简单、反应时间短等优 剂)最佳选取为9 mL。 点,可回收重复使用。因此,K CoW z O 。?3Hz O 2.5催化剂的重复使用的影响 是合成缩酮产品的优良催化剂,具有良好的应用前 7/"(环己酮)0.1 mol, (环己酮): (1,2一丙二 景。 参 考 文 献 [1I] 高文艺,任立国.Zr(SO )z/.y—A12O3固体酸催化合成环己酮1,2一丙二醇缩酮[-j-].辽宁石油化工大学学报,2007,27 (2):32—34. [2]李述文,范如霖.实用有机化学手册[M].上海:上海科技出版社,1981. [3] 杨水金,高飞,吕宝兰.磷钨钼杂多酸掺杂聚苯胺催化合成苯甲醛一1,2一丙二醇缩醛[J].化学试剂,2006,28(6):379— 38】.,
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