催化学报

催化学报 ›› 2015, Vol. 36 ›› Issue (11): 1811-1817.DOI: 10.1016/S1872-2067(15)60919-6

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铜配合物修饰的钼氧簇超分子化合物催化烯烃环氧化

高洪成a, 颜岩b, 徐晓弘c, 于杰辉b, 牛会玲b, 高文秀b, 张文祥b, 贾明君b   

  1. a 承德石油高等专科学校化学工程系, 河北承德067000;
    b 吉林大学化学学院, 吉林长春130021;
    c 大庆油田总医院药剂科, 黑龙江大庆163001
  • 收稿日期:2015-05-01 修回日期:2015-05-29 出版日期:2015-11-02 发布日期:2015-11-02
  • 通讯作者: 贾明君. 电话: (0431)85155390; 传真: (0431)85168420; 电子信箱: jiamj@jlu.edu.cn
  • 基金资助:

    国家自然科学基金(21173100和21320102001).

Catalytic epoxidation of olefin over supramolecular compounds of molybdenum oxide clusters and a copper complex

Hongcheng Gaoa, Yan Yanb, Xiaohong Xuc, Jiehui Yub, Huiling Niub, Wenxiu Gaob, Wenxiang Zhangb, Mingjun Jiab   

  1. a Department of Chemical Engineering, Chengde Petroleum College, Chengde 067000, Hebei, China;
    b College of Chemistry, Jilin University, Changchun 130021, Jilin, China;
    c Pharmacy Department, Daqing Oilfield General Hospital, Daqing 163001, Heilongjiang, China
  • Received:2015-05-01 Revised:2015-05-29 Online:2015-11-02 Published:2015-11-02
  • Supported by:

    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (21173100 and 21320102001).

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摘要：

近年来, 含有过渡金属配合物和多金属氧酸盐的三维超分子化合物的合成与性能研究受到广泛关注. 利用过渡金属配合物优良的可裁剪性和修饰性, 可以对多金属氧酸盐化合物的结构和性质进行有效调控, 进而构造出具有独特空间结构和性质的新型功能材料. 这类材料往往具有多金属氧酸盐与过渡金属配合物两者结合的优点, 在医学、光学、磁性材料、气体吸附材料及催化等领域显示出重要的学术研究价值和潜在的应用前景. 然而, 相比于在化合物合成及结构研究领域中的快速发展, 过渡金属配合物修饰的多金属氧酸盐基化合物在催化领域中应用较少.
本文采用水热合成法, 以4, 4'-联吡啶(bipy)或1, 4'-双咪唑-1-甲基苯(bix)为氮杂环配体, 合成了两个铜配合物修饰的钼氧簇超分子化合物催化剂, 分别记为[Cu(bipy)]4[Mo15O47]·2H2O (1)和[Cu(bix)][(Cubix)(δ-Mo8O26)0.5] (2). 催化剂1中包含一个由铜的4, 4'-联吡啶有机链修饰的钼氧簇链, 催化剂2是由1, 4'-双咪唑-1-甲基苯有机配体、铜离子和八钼酸盐构筑的具有自穿插结构的超分子化合物. 通过以叔丁基过氧化氢为氧化剂的烯烃环氧化催化反应, 考察了两种催化剂的催化性能. 结果表明, 催化剂1和2对环辛烯或1-辛烯环氧化反应表现出较高的催化活性, 性能均明显优于未引入铜配合物的超分子化合物(H2bix)[(Hbix)2(γ-Mo8O26)]2·H2O (3); 在相同反应条件下, 催化剂1表现出更高的催化活性; 溶剂种类显著影响催化剂的催化性能, 以乙腈为溶剂时, 苯乙烯环氧化反应主产物为苯甲醛(仅有很少量的环氧化合物), 而以氯仿为溶剂时, 环氧化合物选择性显著提高; 中断实验和循环测试结果表明, 催化剂1和2在1-辛烯环氧化反应中均表现出良好的稳定性和循环使用性.
FT-IR和XRD表征结果证实, 经多次循环使用后催化剂结构基本保持不变, 表明催化剂具有良好的结构稳定性. XPS表征结果表明, 催化剂1中钼的正电性高于催化剂2, 这是由于配体类型不同及钼氧簇结构不同所致. 拥有较高正电性的钼物种通常会表现出更高的催化烯烃环氧化反应能力, 这可能是催化剂1的催化活性优于催化剂2的主要原因. 此外, 通过结构分析可以看出, 催化剂1具有更开放的框架结构, 这更有利于反应物扩散, 继而使催化剂表现出更高的催化活性. 需要指出的是, 催化剂1和2中存在的铜配合物也可能直接作为新的活性中心参与对氧化剂的活化, 继而对催化剂性能(活性和选择性)产生影响; 此外, 铜配合物与钼氧簇之间较强的相互作用使所形成的超分子化合物具有良好的结构稳定性, 继而使这类超分子化合物催化剂表现出较为优异的稳定性和循环使用性.

关键词: 超分子化合物, 钼氧簇, 铜配合物, 烯烃, 环氧化

Abstract:

The catalytic epoxidation of olefin was investigated on two copper complex-modified molybdenum oxides with a 3D supramolecular structure, [Cu(bipy)]4[Mo15O47]·2H2O (1) and [CuI(bix)][(CuIbix) (δ-MoVI8O26)0.5] (2) (bipy = 4,4'-bipyridine, bix = 1,4-bis(imidazole-1-ylmethyl)benzene). Both compounds were catalytically active and stable for the epoxidation of cyclooctene, 1-octene, and styrene with tert-butyl hydroperoxide (t-BuOOH) as oxidant. The excellent catalytic performance was attributed to the presence of stable coordination bonds between the molybdenum oxide and copper complex, which resulted in the formation of easily accessible Mo species with high electropositivity. In addition, the copper complex also acted as an active site for the activation of t-BuOOH, thus improving these copper complex-modified polyoxometalates.

Key words: Supramolecular compound, Molybdenum oxide cluster, Copper complex, Olefin, Epoxidation