[发明专利]一种固体酸催化剂、其制备方法及其在普林斯反应中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及有机合成技术领域，尤其涉及一种固体酸催化剂、其制备方法及其在普林斯反应中的应用。

背景技术

普林斯反应最初是指在酸催化剂的作用下，烯烃化合物和甲醛的缩合反应，后来泛指一系列历经氧鎓离子中间态的烯烃与羰基的加成。经过数十年的发展，普林斯反应被认为是获得各种饱和与不饱和醇、醛缩醇以及共轭二烯等重要的有机化学反应。其中，双烯烃化合物是含有两个碳碳双键的不饱和碳氢化合物。双烯烃化合物中的异戊二烯主要用途是生产异戊橡胶、丁基橡胶、医药农药中间体以及合成润滑油添加剂、橡胶硫化剂等。

现有技术中，异戊二烯的制备方法主要有脱氢法、合成法和抽提法，其中合成法包括异丁烯-甲醛法、乙炔-丙酮法和丙烯二聚法。根据反应进程的不同，异丁烯和甲醛法还可以分为两步法和一步法。其中，两步法是在酸性催化剂存在下，异丁烯和甲醛在70℃～100℃下进行普林斯反应，生成4,4-二甲基-1,3-二氧六环和副产品，分离出4,4-二甲基-1,3-二氧六环；然后，4,4-二甲基-1,3-二氧六环在250℃～280℃下裂解生成异戊二烯、甲醛和水。这种两步法的工艺流程繁琐，副产物复杂。一步法是在酸性催化剂存在下，气相异丁烯和甲醛在200℃以上，直接脱水得到异戊二烯和水。这种一步法的工艺具有流程短、副产物少等优点。因此，烯醛气相一步法合成异戊二烯成为了研究的热点。

高效的催化剂是异丁烯和甲醛气相一步法合成异戊二烯的技术关键。过中儒（过中儒，薛锦珍，徐贤伦等。烯、醛一步合成异戊二烯硼酸催化剂的研究。燃料化学学报，1983年3月，11卷3期，57～63）等人在硼和磷二组分催化剂中又添加了钒、钾和铝三组分，得到五组分催化剂，并将所述五组分催化剂用于催化异丁烯和甲醛的普林斯反应，得到异戊二烯。研究结果表明，硼、磷、钒、铝和钾五组分催化剂的再生性能较硼和磷二组分催化剂得到了提高，但是该硼、磷、钒、铝和钾五组分催化剂的对于普林斯反应产物中异戊二烯的选择性仍然很低，难以工业化生产。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种固体酸催化剂、其制备方法及其在普林斯反应中的应用。本发明提供的固体酸催化剂在普林斯反应中具有较高的产物选择性，提高了产物的产率。

本发明提供了一种固体酸催化剂，包括活性组分、助剂和载体；

所述活性组分包括三氧化二铬和/或铬酸盐。

优选地，所述助剂包括氧化硼、氧化磷、硝酸盐、硫酸盐和羧酸中的一种或多种。

优选地，所述活性组分的质量占固体酸催化剂质量的百分含量为10%～90%。

优选地，所述助剂的质量占固体酸催化剂质量的百分含量为5%～60%。

本发明提供了一种固体酸催化剂的制备方法，包括以下步骤：

a)将铬的化合物、助剂原料和载体在溶剂中混合后进行负载，得到催化剂中间体；

b)将所述步骤a)得到的催化剂中间体干燥后进行焙烧，得到固体酸催化剂。

优选地，所述铬的化合物包括三氧化二铬、三氧化铬、硝酸铬、硫酸铬、氢氧化铬、铬酸、焦铬酸、铬酸铵、重铬酸铵、铬酸钾、铬酸钠、重铬酸钾、重铬酸钠和铬钾矾中的一种或多种。

优选地，所述步骤b)中焙烧的温度为500℃～550℃；

焙烧的时间为0.5h～10h。

上述技术方案所述的固体酸催化剂或上述技术方案所述制备方法得到的固体酸催化剂在普林斯反应中的应用。

本发明提供了一种双烯烃化合物的制备方法，包括以下步骤：

将具有式(I)所示结构的含羰基的化合物和具有式(II)所示结构的单烯烃化合物在催化剂的作用下进行普林斯反应，得到双烯烃化合物；

所述催化剂为上述技术方案所述的固体酸催化剂或上述技术方案所述制备方法得到的固体酸催化剂；

其中，R₁、R₂、R₃和R₄独立地选自氢、烷基或芳香基。

优选地，R₁、R₂、R₃和R₄独立地选自氢、碳原子数为1～8的直链烷基、碳原子数为1～8的支链烷基、碳原子数为1～8的直链烷基取代的苯基或碳原子数为1～8的支链烷基取代的苯基。

优选地，所述具有式(I)所示结构的含羰基的化合物和具有式(II)所示结构的单烯烃化合物的摩尔比为1:1～12；

所述固体酸催化剂的质量与具有式(I)所示结构的含羰基的化合物的物质的量比为(1～3)g:1mol。