第三液相相間轉移觸媒在超音波輔助下催化含取代基苯甲酸鹽類之酯化反應研究

Abstract

第三液相相間轉移催化反應不需使用昂貴的無水或非質子溶劑及危害環境的含鹵素溶劑，因此是對環境親和的綠色化學技術，其優點有：可提高選擇性、減少副反應產生、提高反應速率與產率、產物於有機相中容易分離、反應條件溫和、使用水溶性的鹼金屬氫氧化物來取代氨化鈉、醇鈉、氫化鈉或金屬鈉等昂貴且危險性高的強鹼、觸媒可回收，重複利用。第三液相是相間轉移觸媒在特定條件下，觸媒會析出自成一相並與水油兩相共存，此液相稱為第三液相，其含有高濃度的活性觸媒中間體，且其性質介於親水親油之間，使水相和有機相反應物均可進入此液相內進行反應，因此可在溫和條件下大幅提高反應速率。超音波化學為合成化學品極有效的技術，當高頻超音波在液體溶液中傳送時，造成溶液中漸歇式的壓縮與釋壓，打斷分子間作用力而形成局部空穴，由於激烈碰撞，使得空穴中之氣體溫度及壓力瞬間可達5000K 與數百大氣壓，因此有利於反應於此空穴中進行。因此若將第三液相相間轉移觸媒技術與超音波技術結合則可在溫和條件下使用環境親和溶劑來合成高價值化學品並提高其轉化率。本計畫之研究目的即在應用超音波輔助之第三液相相間轉移觸媒由含取代基的苯甲酸鹽類來合成酯類特用化學品，可應用於調合香料的基材、化粧品香水、食品調味劑、瓷漆、纖維素衍生物及可作為液晶材料之添加劑等。本計畫分兩年完成，第一年：探討由超音波促進之第三液相觸媒形成研究及對催化酯化反應之聯合效應，第二年則進行續流式超音波促進第三液相酯化反應製程之研究。本計畫預定之工作項目：第一年，探討不同超音波頻率輔助之水相反應物、鹽類、相間轉移觸媒對第三液相形成之效應，對活性觸媒中間體之生成效應，超音波促進之有機相本質反應速率，三液相之分佈與界面反應機構，及操作變數對總體反應速率之影響等，並建立反應系統之動力學模式；第二年，設計超音波輔助之續流式三液相反應程序，探討第三液相觸媒之回用程序，觸媒結構之效應、超音波頻率效應、反應機構等，並建立續流式液-液-液相催化反應系統模式。本計畫所獲結果可提供第三液相相間轉移觸媒製程設計以合成酯類特用化學品。