助催化剂的技术进展 乙酸酐合成工业现在所采用的催化剂体系都是基于Monsanto早期的乙酸甲酯羰基化催化体系(Rh/MeI/CO)。这一类催化体系需要非常长的诱导期,而且体系中的水含量对催化体系速率的影响也比较大。相对于同样甲醇羰基化而言,乙酸甲酯的羰基化速率却比较低。为解决以上的问题,在其后的发展中有如下两个比较大的突破。
① 在反应进气中引入适当比例的氢气,氢气的主要作用为将三价铑还原为具有催化活性的一价铑配合物。有关铑催化活性配合物的转化的具体过程如图3-15所示。
[Rh(CO)2I4]-+H2 → [Rh(CO)2I2]-+2HI
② 助催化剂的加入,助催化剂能提高催化剂的催化体系的稳定性和催化速率。碘化金属盐是主要的催化助剂,其羰基化速率的排序为Li+>Al3+>Na+>Bu4P+≈Bu3MeP+>Mg2+≈Bu4N+。Li/Rh催化体系的所有催化反应循环如图3-16所示。但在实际的生产过程对催化体系的稳定性提出了更高的要求。针对实际的需求,中国科学院化学研究所和江苏索普(集团)有限公司联合设计出一类全新的催化助剂。
催化助剂的基本化学结构式如图3-17所示。
此类化合物由于其分子结构的特殊性,存在多种不同异构体之间的转化(如图3-18所示)。由于其特性,具有较高的稳定性和助催化特性。
催化助剂存在的实验条件下,铑浓度为600×10-6,反应起始温度为103℃,最大反应速率为18.08mol/(L·h),平均反应速率为13.86mol/(L·h)。在同样反应条件下,不添加此催化助剂的平均反应速率为9.71mol/(L·h)。同时由于此催化助剂的加入,使得催化剂的稳定性大大增加。温度的大范围变化和一氧化碳压力过低时都可以起到保护催化活性组分的作用。其参与反应主要途径可能有两种:a.通过图3-18所示的可逆过程调节反应体系中的LiI的浓度,这一机制可以作为体系组分突变时的缓冲过程;b.通过结构中的离域性较强的氮原子的孤对电子通过配位来稳定催化体系中的具有催化活性的一价铑配合物。通过以上两种基本机理,此催化助剂能大大提高催化体系的反应速率和稳定性。