探析环己酮催化氨肟化中吸附和反应及扩散机理的分子模拟

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1、天津大学硕士学位论文环己酮催化氨肟化中吸附和反应及扩散机理的分子模拟姓名：颜卫申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：辛峰20070101中文摘要分子筛是绿色化学与化工中常用的环境友好材料，在催化反应中的应用也臼渐广泛。钛硅分子筛TS．1催化环己酮液相氨肟化合成环己酮肟是分子筛催化的典型及应之一。Enichem公司开发成功的钛硅分子筛TS．1催化环己酮氨肟化新工艺，合乎绿色化工发展的要求，具有重要的工业推广价值。但对于该反应的机理，还存在着争论，所建立的动力学模型也缺乏足够的研究依据。本文采用分子模拟的方法，对环己酮催化氨肟化的吸

2、附、反应和扩散机理进行了研究。首先建立合理的分子筛簇模型来模拟分子筛活性中心，并通过从头计算方法研究了过氧化钛反应活性中心的生成过程。根据环己酮催化氨肟化反应体系的特点，在传统的过氧化钛反应活性中心基础上，用氨水作为过渡金属钛原子的配链体重新定义适用予该反应体系的反应活性中心。体系能量计算结果表明，新建立的反应活性中心模型能量比传统的过氧化钛模型低3．3kcal／mol，更加稳定和合理。确定活性中心的分子结构后，根据能量最小化原理计算了各个反应物吸附在反应活性中心模型上不同位点时的体系能量，并以能量最低处的吸附状态作为蒜反应物吸附位

3、置；在此基础上，运用过渡态理论，对按亚胺机理和羟胺机理所进行的反应过程进行了具体分析。结果表明，从量子化学角度分析，环己酮氨肟化反应的亚菝机理和羟胺机理均可以发生。反应过程中可以生成环己受胺和羟胺。亚胺是由吸附态的氨分子和环己酮作用生成，过程中只有一种过渡态产生；而羟胺的形成是由反应活性中心帮氨水分子反应得到，过程中窖两个过渡态连续产生，生成第一个过渡态后会形成ONH4+结构作为中间结构，随后继续反应生成羟胺。从环己亚胺或羟胺形成产物环己酮肟的反应也可以进行，过程中均只找到一个过渡态。同时发现羟胺和环己酮可在分子筛不参与反应条件下，

4、生成环己酮肟。运用化学反应动力学的理论对各个基元过程的活化能以及化学反应速率常数进弦计算。分折出亚胺梳理中环己酮的吸附和环己亚胺的形成是该反应的速率控制步骤，分别需要跨越61．5kcal／mol和46．61kcal／mol的能垒；羟胺机理中生成羟胺的反应为速率控制步骤，需要跨越65．19kcal／mol的能垒。通过比较能量变化可知，羟胺机理在能量上要优先于驻胺机理，即羟胺机理的反应过程较易发生。最后，使用分子动力学和蒙特卡洛的方法，对环己酮分子在和TS．1具有相同MFI拓扑结构的ZSM．5分子筛孛的扩散进行了初步的研究，发现琢己酮分

5、子和分子筛骨架间相互作用的势能是控制环己酮分子在分子筛中扩散速度的主要因素；环己酮分子在照内扩散时，斥力是分子问主要的檩互作用力。关键词：分子模拟Ts—l环已酮氨肟化环已酮肟吸附和反应过渡态MonteCarlo扩教ABSTRACTMolecularsieve，appliedincatalyzedreactionwidely,isakindofenvironmental蠹iendlymaterialandfrequentlyusedinthefieldof“Greenchemistry'’．TitaniumSilicalite．1(T

6、S。1)catalyticanamoximationofcyclohexanoneintheliquidphase，developedbyEniehemCo．，isoneofthetypicalprocessesinmolecularsievecatalysis，andiSadvantageousfromtheenvironmentalpointofviewandmeetstherequirementof“GreenChemicalEngineering”．Notwithstandingseveralstudiesonthispro

7、cess，thereisnotageneralagreementaboutthecatalyticreactionmechanism，andthetheoreticalbasesforexistingkineticmodelsarealsoabsent．Inthispaper,themechanismofcatalyticammoximationofcyclohexanonewithH202tOcyclohexanoneoximeoverTS—lcatalystwasinvestigatedbythemethodofmolecula

8、rsimulation．劢oadsorption，reactionanddiffusionmechanismswerediscussedrespectively．弧eformationofactivecomplexwasstudied