助催化劑的技術(shù)進(jìn)展 乙酸酐合成工業(yè)現(xiàn)在所采用的催化劑體系都是基于Monsanto早期的乙酸甲酯羰基化催化體系(Rh/MeI/CO)。這一類催化體系需要非常長的誘導(dǎo)期,而且體系中的水含量對催化體系速率的影響也比較大。相對于同樣甲醇羰基化而言,乙酸甲酯的羰基化速率卻比較低。為解決以上的問題,在其后的發(fā)展中有如下兩個比較大的突破。
① 在反應(yīng)進(jìn)氣中引入適當(dāng)比例的氫氣,氫氣的主要作用為將三價銠還原為具有催化活性的一價銠配合物。有關(guān)銠催化活性配合物的轉(zhuǎn)化的具體過程如圖3-15所示。
[Rh(CO)2I4]-+H2 → [Rh(CO)2I2]-+2HI
② 助催化劑的加入,助催化劑能提高催化劑的催化體系的穩(wěn)定性和催化速率。碘化金屬鹽是主要的催化助劑,其羰基化速率的排序為Li+>Al3+>Na+>Bu4P+≈Bu3MeP+>Mg2+≈Bu4N+。Li/Rh催化體系的所有催化反應(yīng)循環(huán)如圖3-16所示。但在實際的生產(chǎn)過程對催化體系的穩(wěn)定性提出了更高的要求。針對實際的需求,中國科學(xué)院化學(xué)研究所和江蘇索普(集團(tuán))有限公司聯(lián)合設(shè)計出一類全新的催化助劑。
催化助劑的基本化學(xué)結(jié)構(gòu)式如圖3-17所示。
此類化合物由于其分子結(jié)構(gòu)的特殊性,存在多種不同異構(gòu)體之間的轉(zhuǎn)化(如圖3-18所示)。由于其特性,具有較高的穩(wěn)定性和助催化特性。
催化助劑存在的實驗條件下,銠濃度為600×10-6,反應(yīng)起始溫度為103℃,最大反應(yīng)速率為18.08mol/(L·h),平均反應(yīng)速率為13.86mol/(L·h)。在同樣反應(yīng)條件下,不添加此催化助劑的平均反應(yīng)速率為9.71mol/(L·h)。同時由于此催化助劑的加入,使得催化劑的穩(wěn)定性大大增加。溫度的大范圍變化和一氧化碳壓力過低時都可以起到保護(hù)催化活性組分的作用。其參與反應(yīng)主要途徑可能有兩種:a.通過圖3-18所示的可逆過程調(diào)節(jié)反應(yīng)體系中的LiI的濃度,這一機(jī)制可以作為體系組分突變時的緩沖過程;b.通過結(jié)構(gòu)中的離域性較強(qiáng)的氮原子的孤對電子通過配位來穩(wěn)定催化體系中的具有催化活性的一價銠配合物。通過以上兩種基本機(jī)理,此催化助劑能大大提高催化體系的反應(yīng)速率和穩(wěn)定性。