One-pot conversion of cyclohexanol to ε-caprolactam using a multifunctional Na_2WO_4-acidic ionic liquid catalytic system  

多功能Na_2WO_(4-)离子液体催化体系催化环己醇一锅合成己内酰胺（英文）

作　　者：Hefang Wang Liyuan Jia Rongbin Hu Meidan Gao Yanji Wang 王荷芳;贾丽媛;胡荣斌;高美丹;王延吉(河北工业大学化工学院,天津300130)

机构地区：[1]School of Chemical Engineering and Technology, Hebei University of Technology, Tianjin 300130, China

出　　处：《Chinese Journal of Catalysis》2017年第1期58-64,共7页催化学报（英文）

基　　金：supported by the National Natural Science Foundation of China (20636030, 2090618, 21236001);the Natural Science Foundation of Hebei Province (B2017202226)~~

摘　　要：Na2WO4‐acidic ionic liquid was used as a simple, ecofriendly, recyclable and efficient catalytic system for the one‐pot conversion of cyclohexanol to ε‐caprolactam. The effect of the structure of the ionic liquid on the catalytic activity of this system was investigated, and the results revealed that sulfonic acid‐functionalized ionic liquids with HSO4? as an anion gave the best results. The highly efficient performance of this catalyst system was attributed to the phase‐transfer behavior of the cation of the ionic liquid, the improved coordination of the substrate to bisperoxotungstate duringthe oxidation reaction, and the stabilization of the intermediate formed during the Beckmann rearrangement.己内酰胺是合成尼龙-6和工程塑料的关键中间体.工业上己内酰胺的合成工艺分三步:以环己醇为原料合成环己酮,环己酮氨肟化合成环己酮肟,环己酮肟重排生成己内酰胺.该工艺存在工艺流程长、重排过程中使用发烟硫酸腐蚀设备、形成大量低值副产物硫酸铵等问题.随着人们对环境保护意识的提高,发展环境友好、经济效益高的直接合成己内酰胺工艺已经迫在眉睫.多步串联反应具有设备投资少、中间分离步骤少、反应效率高等优点,其关键问题之一是多功能催化剂的开发.环己醇作为环己烷氧化反应的副产物,能够直接用于己内酰胺的合成,具有理论研究价值和工业应用意义.本文构建了以环己醇氧化、环己酮肟化和环己酮肟重排反应构成的串联反应系统,可缩短己内酰胺合成工艺流程,降低能耗,减小环境污染.合成了九种离子液体,并与Na_2WO_4组成催化体系,以环己醇、过氧化氢和羟胺为原料,催化环己醇直接合成己内酰胺.首先研究了不同Na_2WO_(4-)离子液体催化体系对环己醇直接氧化合成环己酮反应的影响.反应介质的酸性和离子液体水油两相中的相转移功能是影响氧化过程的两个主要因素.Na_2WO_(4-)磺酸基功能化的离子液体催化剂具有较高的氧化活性.这是由于磺酸基的引入提高了催化剂酸性,另外磺酸基功能化的离子液体随碳链的增长,催化剂的亲油性增强,即该催化剂相转移功能增强.考察了九种离子液体对氧化过程的影响,其中Na_2WO_(4-)[BSTma]HSO_4在氧化过程中催化活性最高,因此将其用于催化环己酮与羟胺合成己内酰胺的反应,并考察了环己酮与[BSTma]HSO_4的摩尔比对该反应的影响,发现该摩尔比为1:0.08时,反应效果最好.最后,将Na_2WO_(4-)[BSTma]HSO_4体系用于催化环己醇直接合成己内酰胺的反应.考察了反应温度、反应时间和环己醇与[BSTma]HSO_4摩尔比的影响.�

关 键 词：CYCLOHEXANOL ε‐Caprolactam One‐pot synthesis Acidic ionic liquid Cyclohexanone oxime 

分 类 号：O643.36[理学—物理化学]