含有可还原性基团的硝基芳香化合物选择性催化加氢

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含有-CHO、-C≡N和-HC=CH-等易还原基团的芳胺类化合物是工业生产的重要原料,通过芳硝基化合物选择性加氢制备相应的芳胺化合物的难点在于,制备高效的催化剂和选择适宜的绿色溶剂,使得-NO2选择性加氢而-CHO、-C≡N和-HC=CH-等易还原基团不被加氢;减少3-硝基苯甲腈和卤代硝基苯加氢过程中间体的累积;抑制卤代硝基苯加氢过程中脱氯的发生,提高目的产物的选择性。本文制备了以Sb掺杂的SnO2(ATO)为载体的催化剂0.5wt%Pd/ATO,以硝基苯甲腈加氢制备氨基苯甲腈为模型反应,考察了载体Sn/Sb原子比、催化剂还原温度、溶剂种类等因素对催化剂性能的影响。结果表明,随载体中Sb含量的增加,催化剂的活性显著下降,较佳的Sn/Sb比为80;还原温度对催化剂的活性影响显著,当还原温度>100℃时,催化剂活性明显下降,较佳的还原温度为50100℃。在极性溶剂乙醇、H2O和CO2膨胀乙醇中,反应过程产生有害中间体的累积;在非极性溶剂正庚烷、甲苯、CO2膨胀正庚烷和CO2膨胀甲苯中,可基本抑制有害中间体的累积。采用XRD、XPS、H2-TPR、H2-TPD、CO-FTIR对催化剂进行了表征,采用高压ATR-FTIR测定了CO2膨胀体系中CO2与反应物分子间的相互作用。结果显示,载体Sn/Sb原子比影响催化剂的表面组成、Pd的电子状态;还原温度影响Pd的还原度、Pd与载体间的相互作用强度;在非极性溶剂中,压缩CO2与反应物分子的-NO2存在相互作用,使-NO2的加氢活性降低,进而利于抑制中间体的累积。Pd/ATO也适于催化2-氯代硝基苯、4-硝基苯甲醛和2-氯-5-硝基苯甲腈的选择性加氢,制备相应的苯胺化合物,2-氯代苯胺、4-氨基苯甲醛、2-氯-5-氨基苯甲腈的产率分别大于98%、大于89%和大于87%。以Sn/Sb原子比为9的ATO为载体,采用浸渍法制备了催化剂0.5wt%Pd-Zn(1:x)/ATO(9:1),考察了Pd/Zn原子比不同的催化剂,在硝基芳香化合物催化加氢反应中的性能。结果表明,当Pd/Zn原子比为1:2时,催化剂Pd-Zn/ATO(9:1)的催化性能最佳。又以Sn/Sb原子比为80的ATO为载体,采用浸渍法制备了Pd/Zn原子比为1:2的催化剂0.5wt%Pd-Zn(1:2)/ATO(80:1),考察了该催化剂在不同的反应介质中,催化3-硝基苯甲腈和4-硝基苯甲醛加氢的性能。结果表明,以CO2膨胀正庚烷为溶剂时,催化剂0.5wt%Pd-Zn(1:2)/ATO(80:1)催化3-硝基苯甲腈时表现出较高的催化性能,3-氨基苯甲腈的产率为100%,且反应过程没有中间体的累积。
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