传统制备方法原子利用率偏低,对设备有着较大的损坏,产品收率水平低,流程繁琐,容易造成大规模污染,过氧化氢当作一种清洁氧化剂优势明显。
目前国内外对于4-甲基苯乙烯制取4-甲基苯甲醛的研究还不是很透彻,相关内容较为缺乏,但是与此反应类似的苯乙烯制取苯甲醛的研究相对系统化。这两个实验有着较大的共同点,不但物化性质近似,而且反应历程类似,于是我们可以参考苯乙烯制取苯甲醛的实验来探究4-甲基苯乙烯制取4-甲基苯甲醛。这两种有机物都具备活泼的侧链,催化剂的促使下碳碳双键容易打开或是断裂,继而和氧化剂相互作用。苯乙烯选择性氧化反应生成苯甲醛,深度选择性氧化反应生成苯甲酸,另外还可氧化生成苯乙醛、苯乙酮、苯乙醇等[5];4-甲基苯乙烯选择性氧化制取目标物质4-甲基苯甲醛,同时还会有其他副产物的形成。
1、 氧化剂
氧化反应是在精细化学品的制造过程中不可或缺的一个步骤,本实验就是一个典型的氧化过程,传统工业中一般使用高锰酸盐、重铬酸盐充当氧化剂。由于氧化剂的剂量确定和使用有一定的难度、具体氧化过程的操作有一定难度等诸多难题,因此这是造成污染的主要来源。在相关研究中,为了解决上述难题,使用最理想氧化剂(双氧水与分子氧),是当前科研的热门方向。使用双氧水或是分子氧进行氧化反应后,产物是无毒害的水,有着广泛的科研价值、良好的经济收益和发展前途。
(1)绿色化学概述
化学持续改善着人类的生活和工作,亦引起了一个相当严峻的问题——环境污染。环境问题越发凸显、日益恶化,例如温室效应、酸雨、臭氧破洞、海洋资源污染等等,敲响了环保的警钟,于是乎绿色化学被提上日程,亦成为了当下化学领域的研究热门与前沿方向,也是本世纪化学发展的必由之路,能从化学反应源头上消除污染[6]。有以下几个主要特征:(a)从经济上看,能充分利用能源资源,降低成本,符合可持续发展的需求;(b)从科学上看,产品、原料、过程都实现绿色化,覆盖面广泛[7]。尽可能减少乃至消除对人类有毒、对环境有污染的原料、助剂物质的使用,十分符合原子经济性,有效提高转化率和选择性。
(2)过氧化氢氧化剂
传统制备方法原子利用率偏低,对设备有着较大的损坏,产品收率水平低,流程繁琐,容易造成大规模污染,过氧化氢当作一种清洁氧化剂优势明显,售价较之于分子氧低廉,含氧量高,具有较高的原子效率,且副产品只有对环境无污染的水。当使用过氧化氢充当氧化剂时,通常在室温下进行,反应条件温和不苛刻,反应后一般不残留杂质,所以产物能够比较容易进行有效地分离提纯等后处理操作。过氧化氢是一类无机氧化剂,具有适中的活性。它的稳定性很低,当进行加热时能够轻易分解,若果反应环境中含有大量的金属离子、非金属离子或是固体微粒,更是会加速它的分解。在与有机物的反应体系呈两相,这会导致过氧化氢氧化能力下降,因此过氧化氢作为氧化剂时,一般要在反应体系中添加一定量的催化剂来保证反应的顺利进行[8]。对于不溶于水的底物,需要有有机溶剂的存在来保证双氧水溶液与底物混溶,采用相转移催化剂亦可达成此目的,而缺陷在于反应结束后可能有水和产物构成共沸物,对于产物的进一步处理造成困扰,难以完全干燥。迄今为止,过氧化氢主要应用在以下几种物质或领域的氧化研究:(a)含硫有机物、(b)醇、(c)苄卤、(d)烷基芳香烃侧链、(e)含碳碳双键物质、(f)胺类、(g)羟基化、(h)石化行业。使用过氧化氢替换传统的高价态金属含氧酸盐、非金属氧化剂如硝酸等进行氧化反应备受瞩目,学术界相关联的探究也从未间断[9]。