使用有機基‑1‑氧雜‑4‑氮鎓環己烷化合物的鋁磷酸鹽分子篩的製作方法
2023-04-28 00:39:31
優先權聲明
本申請要求2014年12月04日提交的美國申請no.14/561,121的優先權，其全部內容通過引用併入本文。
發明背景
1.發明領域
本發明涉及新型有機基-1-氧雜-4-氮鎓環己烷化合物、製備所述季銨鹽的方法，以及所述季銨鹽在合成鋁磷酸鹽或矽鋁磷酸鹽分子篩中的用途。
2.相關技術描述
分子篩的類別包括結晶鋁磷酸鹽、矽鋁磷酸鹽或金屬鋁磷酸鹽組合物，它們是微孔的且由角共享alo4/2和po4/2四面體形成。1982年，wilson等首先報導了鋁磷酸鹽分子篩，即所謂的alpo，其是具有許多與沸石相同性質的微孔材料，然而它們不含二氧化矽(參見美國專利no.4,310,440)。隨後，如lok等人所述，通過用sio4/2四面體代替po4/2+四面體而將電荷引入中性鋁磷酸鹽骨架中，從而製備sapo分子篩(參見美國專利no.4,440,871)。向中性鋁磷酸鹽中引入骨架電荷的另一種方式是用[me2+o4/2]2-四面體代替alo4/2-四面體，這得到meapo分子篩(參見美國專利no.4,567,029)。此外，可通過向骨架中同時引入sio4/2和[m2+o4/2]2-四面體而在alpo基分子篩上引入骨架電荷，從而得到meapso分子篩(參見美國專利no.4,973,785)。
許多(天然存在的和合成製備的)分子篩用於各種工業方法中。就合成而言，這些分子篩通過使用合適的si、al、p源和結構導向劑如胺或有機銨陽離子經由水熱合成製備。結構導向劑駐留在分子篩的孔中，並且對最終形成的具體結構起主要作用。這些物質可平衡與鋁磷酸鹽組合物中的矽或其他金屬如zn有關的骨架電荷，並且還可用作空間填充劑以穩定四面體網絡骨架。分子篩的特徵在於具有均勻尺寸的開孔，具有顯著的離子交換容量，並且能夠可逆地解吸分散在晶體的整個內部孔隙中而不顯著置換構成分子篩永久晶體結構的任何原子的吸附相。分子篩可用作烴轉化反應的催化劑，所述反應可在外表面上以及孔內的內表面上進行。
分子篩材料的合成通常依賴於使用稱為有機結構導向劑(osda)的有機氨基模板或有機銨模板。儘管簡單的osda如四甲基銨、四乙基銨和四丙基銨可商購獲得，然而osda通常是複雜的分子，其難以合成並且合成成本高；然而，它們的重要性在於它們將其結構特徵形態賦予分子篩以產生所需孔結構的能力。例如，1,4,7,10,13,16-六甲基-1,4,7,10,13,16-六氮雜環十八烷作為osda的使用已經呈現允許合成sta-7，其是一種sav沸石類型的鋁磷酸鹽基材料(wright等，j.chem.soc.,daltontrans.，2000，1243-12488)；使用4,7,13,16,21,24-六氧雜-1,10-二氮雜雙環[8.8.8]二十六烷(『kryptofix222』)導致合成alpo4-42(schreyeck等，micro.meso.mater.1998，22，87-106)；美國專利no.4,567,029公開了mapo-35(具有lev拓撲結構的磷酸鋁鎂材料)，其中使用奎寧環作為結構導向劑；美國專利no.4,973,785公開了meapso組合物coapso-35，其除al和p之外還在骨架中包含鈷和矽，並且使用甲基奎寧環作為結構導向劑。
現有技術清楚表明，使用複雜的有機銨sda通常會產生新的分子篩材料。然而，這些複雜的有機銨化合物的合成相當耗時，並且需要許多步驟，通常在有機溶劑中進行，由此阻礙了新型分子篩材料的開發。通常，即使對簡單的市售osda而言，osda也是用於合成分子篩材料中最昂貴的成分。因此，由市售有機銨sda或可由市售起始物質容易地合成的sda合成新型分子篩將是經濟上有利的。
先前已將簡單的市售胺嗎啉(四氫-1,4-噁嗪)用於鋁磷酸鹽基分子篩的合成中，並且顯示得到了cha型分子篩(marchese等，micro.meso.mater.1999，30，145-53；ito等，actacryst.1985，c41，1698-1700)，但尚未顯示得到了其他結構類型的分子篩。此外，嗎啉的蒸氣壓較高，這使得其商業規模應用麻煩，因為低蒸氣壓的有機銨sda是優選的。
先前討論的複雜osda是異位合成的，且在若干位點添加到反應混合物中。然而，異位合成的一個缺點是所述方法通常在有機溶劑的存在下進行，這需要至少一個不希望的純化步驟來從不希望的有機材料中回收sda。
因此，本領域需要的是新型有機基-1-氧雜-4-氮鎓環己烷化合物。這些有機基-1-氧雜-4-氮鎓環己烷化合物用作矽鋁酸鹽、矽酸鹽、鋁磷酸鹽或矽鋁磷酸鹽組合物的sda是合意的。
發明簡述
本發明公開了一種製備基本上不能進行錐形倒轉(pyramidalinversion)的取代烴和胺的預反應水溶液的方法，這克服了前述困難。發明人令人驚訝地發現，取代烴和胺可在室溫或稍高於室溫下在水溶液中反應，從而得到包含osda的水溶液。美國申請序列no.14/552,654針對廣泛類別的胺公開了該方法，其通過引用併入本文。然後，該溶液可不經純化用於合成分子篩。因此，該方法允許以容易和可行的方式由易得起始試劑製備sda，例如不常見的季銨鹽。
通過本發明的方法製備的osda在水溶液中，並且不會導致氣味和閃點問題。結果是前所未有的去除在製備原位沸石反應混合物中通常所需的冷卻步驟的能力，並且避免了純化步驟，例如在異位製備方法中通常所需的有機溶劑的蒸發。
本發明的一個方面是包含1-氧雜-4-氮鎓環己烷鹽的新型嗎啉鎓化合物。在一個方案中，1-氧雜-4-氮鎓環己烷鹽具有式1的結構：
2-r1-2-r2-3-r3-3-r4-4-r9-4-r10-5-r5-5-r6-6-r7-6-r8-1-氧雜-4-氮鎓環己烷+-x-
其中r1-r8獨立地選自h或具有式cnh2n+1的烷基，其中n為1-4；r9和r10形成具有式cmh2m的環烷基，形成環尺寸為q的雜環，其中m為4-8，q為5至m+1；x為滷離子或氫氧根；分子中的c原子總數為8-17。
1-氧雜-4-氮鎓環己烷鹽的另一個方案具有式2的結構：
[雙-n,n』-二r9-(2,2』-二r1-2,2』-二r2-3,3』-二r3-3,3』-二r4-5,5』-二r5-5,5』-二r6-6,6』-二r7-6,6』-二r8-1,1』-氧雜-4,4』-氮鎓環己烷)-r10]2+2x-
其中r1-r9獨立地選自h或具有式cnh2n+1的烷基，其中n為1-4，x為滷離子或氫氧根，分子中的c原子總數為11-24，且r10為具有式cmh2m的烷基，其中m為3-8，且在烷基鏈的x和y位與4和4』n原子連接，其中x和y獨立地選自1至m。
又一個方案的1-氧雜-4-氮鎓環己烷鹽具有式3的結構：
[三-n,n』,n」-三r9-(2,2』,2」-三r1-2,2』,2」-三r2-3,3』,3」-三r3-3,3』,3」-三r4-5,5』,5」-三r5-5,5』,5」-三r6-6,6』,6」-三r7-6,6』,6」-三r8-1,1』,1」-氧雜-4,4』,4」-氮鎓環己烷)-r10]3+3x-
其中r1-r9獨立地選自h或具有式cnh2n+1的烷基，其中n為1-4，x為滷離子或氫氧根，分子中的c原子總數為15-36，且r10為具有式cmh2m-1的烷基，其中m為3-8，且在烷基鏈的x、y和z位與4、4』和4」n原子連接，其中x、y和z獨立地選自1至m。
1-氧雜-4-氮鎓環己烷鹽的再一個方案具有式4的結構：
2-r1-2-r2-3-r3-3-r4-4-r9-4-r10-5-r5-5-r6-6-r7-6-r8-1-氧雜-4-氮鎓環己烷+-x-
其中r1-r9獨立地選自h或具有式cnh2n+1的烷基，其中n為1-4，r10選自具有式cnh2n+1的烷基，其中n為1-4，苄基，1-甲基萘，2-甲基萘和具有式cph2p-1的非烯屬烷基，其中p為4-10，x為滷離子或氫氧根，且分子中的c原子總數為4-16。
在所述方法的另一個方案中，有機基-1-氧雜-4-氮鎓環己烷化合物為合成沸石、鋁磷酸鹽或矽鋁磷酸鹽中的結構導向劑。
在另一方面中，本發明提供了一種合成1-氧雜-4-氮鎓環己烷化合物的方法。所述方法包括如下步驟：(a)製備包含水、取代烴和1-氧雜-4-氮雜環己烷衍生物的含水混合物；(b)使所述含水混合物反應；和(c)獲得包含有機基-1-氧雜-4-氮鎓環己烷化合物的溶液，其中所述混合物和溶液基本上不含鋁和矽。在所述方法的一個方案中，所述溶液基本上不含鋁、矽和磷。在所述方法的一個方案中，所述溶液基本上不含鋁和磷。「基本上不含」意指所描述的元素未有意添加至所述混合物或溶液中。可允許偶然量的元素，不管是來自反應器壁的溶解、起始物質中的雜質、還是其他原因。「基本上不含」可意味著存在小於1重量％或小於0.5重量％或小於0.1重量％的元素。
在所述方法的一個方案中，含水混合物的反應步驟在0-125℃的溫度下進行15分鐘至72小時的時間。在所述方法的另一個方案中，將有機基-1-氧雜-4-氮鎓環己烷產物用作分子篩合成中的結構導向劑。在所述方法的另一個方案中，1-氧雜-4-氮雜環己烷衍生物基本上不能進行錐形倒轉。
因此，本發明的一個優點是提供一種用於在含水混合物中製備結構導向劑的體系和方法，其中所述結構導向劑在不存在p和al反應性源的情況下製備。此外，所述含水混合物能夠形成有機基-1-氧雜-4-氮鎓環己烷滷素鹽如溴化物鹽，以便最終提供包含有機季銨化合物的溶液。有機溴化銨鹽可通過與ag2o反應而離子交換，或者可通過陰離子交換樹脂進行離子交換，從而得到有機基-1-氧雜-4-氮鎓環己烷化合物的氫氧化物形式或直接作為滷素鹽應用。最後，得到的有機銨化合物可用於合成沸石或分子篩。
在所述方法的一個方案中，不使用有機溶劑來獲得結構導向劑。
在一個方案中，本發明提供了一種合成鋁磷酸鹽基分子篩的方法。所述方法可包括如下步驟：(a)製備包含水、取代烴和1-氧雜-4-氮雜環己烷衍生物的含水混合物；(b)使所述含水混合物反應；(c)獲得包含有機基-1-氧雜-4-氮鎓環己烷化合物的溶液；(d)形成包含al和p的反應性源和所述溶液的反應混合物；和(e)加熱所述反應混合物以形成分子篩。
在所述方法的另一個方案中，步驟(d)包括形成me、al、si、p的反應性源和任選的分子篩晶種的第一混合物，並將所述溶液添加至第一混合物中，未冷卻第一混合物。
在所述方法的一個方案中，使含水混合物反應的步驟在0-125℃的溫度下實施15分鐘至72小時的時間。
在另一方面中，本發明提供了一種通過包括如下步驟的方法製備的鋁磷酸鹽分子篩：(a)製備包含水、取代烴和1-氧雜-4-氮雜環己烷衍生物的含水混合物；(b)使所述含水混合物反應；(c)獲得包含有機基-1-氧雜-4-氮鎓環己烷化合物的溶液；(d)形成包含al和p的反應性源和所述溶液的反應混合物；和(e)加熱所述反應混合物以形成分子篩。
在所述方法的一個方案中，所述含水混合物和溶液基本上不含鋁和磷。
在所述方法的另一個方案中，所述1-氧雜-4-氮雜環己烷衍生物基本上不能進行錐形倒轉。
在考慮下文的詳細描述、附圖和所附的權利要求後，將更好地理解本發明的這些和其他特徵、方面和優點。
附圖簡述
圖1為1-氧雜-4-氮雜環己烷衍生物的圖示。
圖2為具有式1結構的1-氧雜-4-氮鎓環己烷鹽的圖示。
圖3為具有式2結構的1-氧雜-4-氮鎓環己烷鹽的圖示。
圖4為具有式3結構的1-氧雜-4-氮鎓環己烷鹽的圖示。
圖5為具有式4結構的1-氧雜-4-氮鎓環己烷鹽的圖示。
圖6a-b為經歷錐形倒轉的取代胺化合物的圖示。
圖7a-d為由1-氧雜-4-氮雜環己烷衍生物形成的季銨化合物的圖示。
圖8顯示了實施例13產物的x射線衍射圖譜。
本發明的詳細描述
1.結構導向劑的製備
本發明涉及一種用於製備新型1-氧雜-4-氮鎓環己烷鹽的含水方法。這些化合物可用作有機結構導向劑(osda)，它們克服了與osda合成和隨後的分子篩合成有關的許多典型問題。本發明的實施方案涵蓋了由各種起始物質合成1-氧雜-4-氮鎓環己烷鹽的方法。
在製備本發明的1-氧雜-4-氮鎓環己烷鹽的典型方法中，將取代烴添加到水中以形成混合物。然後，可添加圖1所示的1-氧雜-4-氮雜環己烷衍生物，並攪拌反應混合物，直至觀察到包含1-氧雜-4-氮鎓環己烷鹽的溶液。如果將所述溶液冷卻至室溫，則所述產物作為水溶液穩定地保持以隨後使用。
在某些實施方案中，前體試劑(例如取代烷烴和1-氧雜-4-氮雜環己烷衍生物)可分開加入或一起加入，從而在所述方法的多個位點形成反應混合物。前體可在0-125℃的溫度下一起反應。優選地，前體在室溫或稍微升高的溫度如5-100℃的溫度下反應。更優選地，前體在20°-120℃或20-80℃的溫度下反應。
反應時間為5分鐘至72小時，或15分鐘至48小時，或0.5-48小時。
可將所得溶液冷卻至室溫或原樣使用。其他已知的技術需要使用純化步驟，例如蒸餾、結晶、色譜法和真空移除組分。本方法的益處在於使用有機基-1-氧雜-4-氮鎓環己烷鹽的溶液製備沸石和分子篩之前，製備所述溶液而無需額外的純化步驟。一些小的實驗室規模的程序可能包括移除未反應的反應物；然而，在工業實施方案中，最有可能的是使反應完全。下文所述的離子交換並非純化溶液，而是將滷素陰離子轉化為氫氧根離子，因此不是純化步驟。可將所得溶液冷卻至室溫或原樣使用。然而，在使用所述溶液之前沒有純化步驟。
本發明的方法可在製備微孔結晶分子篩中進行。在一個方面中，本發明提供了一種合成分子篩的方法。所述方法可包括如下步驟：(a)製備包含水、取代烴和1-氧雜-4-氮雜環己烷衍生物的含水混合物；(b)使所述含水混合物反應；(c)獲得包含有機基-1-氧雜-4-氮鎓環己烷化合物的溶液；(d)形成分子篩反應混合物，其包含骨架中的元素的反應性源和所述溶液；和(e)加熱所述反應混合物以形成分子篩。
在本發明的一個方面中，1-氧雜-4-氮鎓環己烷鹽由取代烴和1-氧雜-4-氮雜環己烷衍生物製備。合適的取代烴包括具有2-8個碳原子的滷素取代的烷烴，苄基滷，1-滷代甲烷萘，2-滷代甲烷萘，具有式cph2p-1的滷素取代的非烯屬烷基，其中p為4-10，具有3-6個碳原子的α,ω-二滷素取代的烷烴，具有3-8個碳原子的二滷素取代的烷烴，具有3-8個碳原子的三滷素取代的烷烴，以及它們的組合。滷素包括氯、溴和碘。在一個方面中，滷素為溴或碘。在另一方面中，滷素為溴。在一個方面中，取代烴上的滷素取代基類型可全部不同、全部相同，或其任意組合。
合適的具有2-8個碳原子的滷素取代的烷烴包括但不限於溴乙烷、碘乙烷、氯丙烷、溴丙烷、碘丙烷、氯丁烷、1-溴丁烷、2-溴丁烷、碘丁烷、1-溴-2-甲基丙烷、2-溴-2-甲基丙烷、氯戊烷、溴戊烷、碘戊烷，2-溴戊烷、氯己烷、溴己烷、碘己烷、苄基溴、1-氯-2-苯基乙烷、1-溴-2-苯基乙烷和1-碘-2-苯基乙烷。
具有3-6個碳原子的α,ω-二滷素取代的烷烴包括但不限於1,3-二氯丙烷、1,4-二氯丁烷、1,5-二氯戊烷、1,6-二氯己烷、1,3-二溴丙烷、1,4-二溴丁烷、1,4-二溴-2-甲基丁烷、1,5-二溴戊烷、1,6-二溴己烷、1,3-二碘丙烷、1,4-二碘丁烷、1,5-二碘戊烷、1,6-二碘己烷，以及它們的組合。
具有3-8個碳原子的二滷素取代的烷烴合適地包括但不限於1,2-二溴丙烷、1,3-二溴丁烷、1,3-二溴戊烷、1,4-二溴戊烷、2,4-二溴戊烷、1,5-二溴己烷、1,4-二溴己烷、1,3-二溴己烷、2,4-二溴己烷、2,5-二溴己烷、2,5-二溴-3-甲基己烷、2,5-二溴-3,3-二甲基己烷、1,4-二溴-2-乙基丁烷和1,2-二溴-2-苯基乙烷。滷素取代基可為氯、溴或碘，但是以溴進行舉例說明。在一個方面中，兩個滷素取代基可相同或不同。
具有3-8個碳原子的三滷素取代的烷烴適當地包括但不限於1,2,3-三溴丙烷、1,2,4-三溴丁烷、1,2,3-三溴丁烷、1,3,5-三溴戊烷、1,2,4-三溴戊烷、1,2,3-三溴戊烷、1,3,6-三溴己烷、1,2,4-三溴己烷、1,2,5-三溴己烷、1,2,6-三溴己烷、1,3,4-三溴己烷和1,3,5-三溴己烷。
滷素取代基可為氯、溴或碘，但是以溴進行舉例說明。在一個方面中，取代烴上的三個滷素取代基的類型可全部不同、全部相同，或其任意組合。
在一個方面中，1-氧雜-4-氮雜環己烷衍生物與取代基的摩爾比為1:1-2:1，優選為1:1-1.5:1。通常，1-氧雜-4-氮雜環己烷衍生物與取代基的摩爾比為1。因此，當使用丁基溴作為取代烴時，通常使用1當量的1-氧雜-4-氮雜環己烷衍生物；而當使用1,4二溴丁烷作為取代烴時，通常使用2當量的1-氧雜-4-氮雜環己烷衍生物。
合適的1-氧雜-4-氮雜環己烷衍生物包括其中至少一種構象異構體基本上不能進行錐形倒轉的那些。錐形倒轉的iupac定義如下：「多面體重排(其中改變了具有鍵的錐形排列的三配位中心原子的鍵方向)導致中心原子(錐形的頂點)看起來移動至錐形底面另一側的相當位置，如果中心原子的三個配體是不同的，則錐形倒轉使得對映異構體互變。」許多氮化合物的三腳性質導致這些化合物具有進行錐形倒轉的能力。通常，對於無約束分子，倒轉的能壘低。例如，氨(nh3)具有24.5kjmol-1的倒轉能壘，觀察到的倒轉頻率為2.4×1010s-1，二甲胺具有18kjmol-1的倒轉能壘，三異丙胺具有6-8kjmol-1的倒轉能壘，二甲基乙胺具有22kjmol-1的倒轉能壘。然而，當氮取代基是小環或其他剛性分子的一部分時，如在1-甲基吡咯烷的情況下，倒轉能壘能可變得非常高。被定義為基本上不能進行錐形倒轉的分子具有至少28kjmol-1，更優選至少30kjmol-1的倒轉能壘。錐形倒轉的討論可參見rauk，a.等人，(1970)，pyramidinversion，angew.chem.int.ed.engl.，9：400-414；特別對胺的進一步討論參見arnoldf.holleman等人編輯的「inorganicchemistry」，academicpress，2001。此外，圖6a-b示出了經歷錐形倒轉的取代胺化合物。分子可能存在許多構象異構體或摺疊方式。例如，眾所周知的是環己烷存在椅式和船式，且在這兩種不同構象異構體之間互變。在本發明的一個方面，胺的至少一種構象異構體基本上不能進行錐形倒轉。
表1：通常不能進行錐形倒轉的分子
1-氧雜-4-氮雜環己烷衍生物示於圖1中，且具有式5的結構：
2-r1-2-r2-3-r3-3-r4-4-r9-5-r5-5-r6-6-r7-6-r8-1-氧雜-4-氮雜環己烷
其中r1-r9獨立地選自h或具有式cnh2n+1的烷基，並且分子中的c原子總數為4-12。
在一些方案中，r1-r9為h。
在一些方案中，r1-r9中的至少一個為烷基。在一些方案中，r1-r9中的至少兩個為烷基。在一些方案中，當r1-r9中的至少兩個為烷基時，所述烷基中的兩個位於相同的c原子上(例如，r1和r2，或r3和r4，或r5和r6，或r7和r8)。
當存在超過一個烷基時，所述烷基可為相同的基團，或者它們可不同。最通常地，烷基為甲基或乙基。
合適的1-氧雜-4-氮雜環己烷衍生物包括但不限於4-丁基嗎啉、4-丙基嗎啉、4-乙基嗎啉、4-甲基嗎啉、嗎啉、2-甲基嗎啉、2,4-二甲基嗎啉、4-乙基-2-甲基嗎啉、4-丙基-2-甲基嗎啉、3-甲基嗎啉、3,4-二甲基嗎啉、4-乙基-3-甲基嗎啉、4-丙基-3-甲基嗎啉、5-甲基嗎啉、2,5-二甲基嗎啉、4-乙基-5-甲基嗎啉、4-丙基-5-甲基嗎啉、5-乙基-2-甲基嗎啉、6-甲基嗎啉、4,6-二甲基嗎啉、4-乙基-6-甲基嗎啉、4-丙基-6-甲基嗎啉、2,6二甲基嗎啉、2,4,6-三甲基嗎啉、4-乙基-2,6-二甲基嗎啉、2,3-二甲基嗎啉、2,3,4-三甲基嗎啉、4-乙基-2,3-二甲基嗎啉、2,5-二甲基嗎啉、2,4,5-三甲基嗎啉、4-乙基-2,5-二甲基嗎啉、2,2-二甲基嗎啉、2,2,4-三甲基嗎啉、4-乙基-2,2-二甲基嗎啉、3,3-二甲基嗎啉、3,3,4-三甲基嗎啉、4-乙基-3,3-二甲基嗎啉、5,5-二甲基嗎啉、4,5,5-三甲基嗎啉、4-乙基-5,5-二甲基嗎啉、6,6-二甲基嗎啉、4,6,6-三甲基嗎啉、4-乙基-6,6-二甲基嗎啉、5-乙基-2-甲基嗎啉，以及它們的組合。丁基可表示正丁基、仲丁基、異丁基或叔丁基。丙基可表示正丙基或異丙基。
當取代烴為具有3-6個碳原子的α,ω-二滷素取代的烷烴或具有3-8個碳原子的二滷素取代的烷烴時，1-氧雜-4-氮鎓環己烷鹽可具有式1或式2的結構。當r9為烷基時，可獲得式2的結構。當r9為h時，可獲得式1的結構。
當取代烴為具有3-8個碳原子的三滷素取代的烷烴時，1-氧雜-4-氮鎓環己烷鹽可具有式3的結構。
當取代烴為具有2-8個碳原子的滷素取代的烷烴、苄基滷、1-滷代甲烷萘、2-滷代甲烷萘或滷素取代的具有式cph2p-1(其中p為4-10)的非烯屬烷基時，1-氧雜-4-氮鎓環己烷鹽可具有式4的結構。
1-氧雜-4-氮雜環己烷衍生物包含r1-r9，並且至少r10來自所述取代烴。在一些方案中，1-氧雜-4-氮雜環己烷衍生物在r1-r8處的取代基和1-氧雜-4-氮鎓環己烷鹽在r1-r8處的取代基是相同的。在一些方案中，1-氧雜-4-氮雜環己烷衍生物在r1-r9處的取代基和1-氧雜-4-氮鎓環己烷鹽在r1-r9處的取代基是相同的。
一類1-氧雜-4-氮鎓環己烷鹽具有式1的結構：
2-r1-2-r2-3-r3-3-r4-4-r9-4-r10-5-r5-5-r6-6-r7-6-r8-1-氧雜-4-氮鎓環己烷+-x-
其中r1-r8獨立地選自h或具有式cnh2n+1的烷基，其中n為1-4；r9和r10形成具有式cmh2m的環烷基，形成環尺寸為q的雜環，其中m為4-8，且q為5至m+1；x為滷離子或氫氧根；分子中的c原子總數為8-17。
在一些方案中，當r1-r8為h且m為4時，x為氫氧根。在一些方案中，當r1-r8為h時，m為5-8。
在一些方案中，x為氫氧根。
環烷基可具有4-8個碳原子，雜環的環尺寸為5至m+1。最常見的是，雜環具有5或6個成員。在一些方案中，q為5。在一些方案中，q為6。在一些方案中，q為5或6。
在一些方案中，r10可為直鏈烷基或支化烷基。當r10為支化烷基時，雜環可具有一個或多個烷基取代基。例如，使用1,4-二溴-4,4-二甲基丁烷會得到在與氮原子相鄰的碳上具有2個甲基的5元雜環，環烷基具有式c6h12。
在一些方案中，r1-r8為h。
在一些方案中，r1-r8中的至少一個為烷基。在一些方案中，r1-r8中的至少兩個為烷基。在一些方案中，當r1-r8中的至少兩個為烷基時，所述烷基中的兩個位於相同的c原子上(例如，r1和r2，或r3和r4，或r5和r6，或r7和r8)。
當存在超過一個烷基時，所述烷基可為相同的基團，或者它們可不同。最通常地，烷基為甲基或乙基。
在一個方案中，環烷基具有5個碳，q為6，r1-r8為h，x為滷素。
作為一個實例，圖7a顯示了由1,5-二溴-2,2-二甲基戊烷與嗎啉反應形成的3-氧雜-6-氮鎓-8,8-二甲基螺[5.5]十一烷產物。
另一類1-氧雜-4-氮鎓環己烷鹽具有式2的結構：
[雙-n,n』-二r9-(2,2』-二r1-2,2』-二r2-3,3』-二r3-3,3』-二r4-5,5』-二r5-5,5』-二r6-6,6』-二r7-6,6』-二r8-1,1』-氧雜-4,4』-氮鎓環己烷)-r10]2+2x-
其中r1-r9獨立地選自h或具有式cnh2n+1的烷基，其中n為1-4，x為滷離子或氫氧根，分子中的c原子總數為11-24，r10為具有cmh2m的烷基，其中m為3-8，且在烷基鏈的x和y位與4和4'n原子連接，其中x和y獨立地選自1至m。
在一些方案中，當r1-r8為h時，r9為ch3，r10為c4h8，x為1，y為4，x為氫氧根；或者當r1-r8為h時，r9為ch3，r10為c5h10，x為1，y為5，x為氫氧根；或者當r1-r8為h時，r9為ch3，r10為c6h12，x為1，y為6，x為氫氧根；或者當r1-r8為h時，r9為ch3，r10為c7h14，x為1，y為7，x為氫氧根；或者當r1-r8為h時，r9為c2h5，r10為c6h12，x為1，y為6，x為氫氧根。
在一些方案中，當r1-r8為h且r9為ch3或c2h5時，則x為氫氧根。在一些方案中，當r1-r8為h且r9為ch3時，m為3或8。在一些方案中，當r1-r8為h且r9為c2h5時，m為3、4、5、7或8。在一些方案中，當r1-r8為h且r9為ch3時，則y不等於m。在一些方案中，當r1-r8為h且r9為c2h5時，則y不等於m。在一些方案中，當r1-r8為h且r9為烷基時，則y不等於m。
在一些方案中，當r9為ch3或c2h5時，則x為氫氧根。在一些方案中，當r9為ch3時，m為3或8。在一些方案中，當r9為c2h5時，m為3、4、5、7或8。在一些方案中，當r9為ch3時，則y不等於m。在一些方案中，當r9為c2h5時，則y不等於m。在一些方案中，當r9為烷基時，則y不等於m。
在一些方案中，x為氫氧根。
在一些方案中，r10為直鏈烷基(即，x為1且y為m)。
在一些方案中，當r9為烷基時，x為氫氧根。
在一些方案中，r9為甲基。在一些方案中，r9為甲基，r10具有4個碳。在一些方案中，r9為甲基，r10具有4個碳，且r10在鏈末端連接至兩個嗎啉環上(即，x為1且y為4)。在一些方案中，所述化合物為1,4-二(4-甲基嗎啉鎓)丁烷的二滷化物或二氫氧化物。
在一些方案中，r1-r8為h。在一些方案中，當r1-r8為h時，r9為烷基。在一些方案中，當r1-r8為h時，r9為h。在一些方案中，當r1-r8為h且r9為ch3時，y和m不具有相同的值。在一些方案中，當r1-r8為h且r9為c2h5,時，m選自3、4、5、7和8。
在一些方案中，r1-r8中的至少一個為烷基。在一些方案中，當r1-r8中的至少一個為烷基時，r9為烷基。在一些方案中，當r1-r8中的至少一個為烷基時，r9為h。
在一些方案中，r1-r8中的至少兩個為烷基。在一些方案中，當r1-r8中的至少兩個為烷基時，所述烷基中的兩個位於相同的c原子上(例如，r1和r2，或r3和r4，或r5和r6，或r7和r8)。
當r1-r9中的超過一個為烷基時，所述烷基可為相同的基團，或者它們可不同。最通常地，烷基為甲基或乙基。
在一些方案中，1-氧雜-4-氮鎓環己烷鹽包括至少一種雙-如下化合物的二滷化物或二氫氧化物：4-丁基嗎啉、4-丙基嗎啉、4-乙基嗎啉、4-甲基嗎啉、嗎啉、2-甲基嗎啉、2,4-二甲基嗎啉、4-乙基-2-甲基嗎啉、4-丙基-2-甲基嗎啉、3-甲基嗎啉、3,4-二甲基嗎啉、4-乙基-3-甲基嗎啉、4-丙基-3-甲基嗎啉、5-甲基嗎啉、2,5-二甲基嗎啉、4-乙基-5-甲基嗎啉、4-丙基-5-甲基嗎啉、5-乙基-2-甲基嗎啉、6-甲基嗎啉、4,6-二甲基嗎啉、4-乙基-6-甲基嗎啉、4-丙基-6-甲基嗎啉、2,6-二甲基嗎啉、2,4,6-三甲基嗎啉、4-乙基-2,6-二甲基嗎啉、2,3-二甲基嗎啉、2,3,4-三甲基嗎啉、4-乙基-2,3-二甲基嗎啉、2,5-二甲基嗎啉、2,4,5-三甲基嗎啉、4-乙基-2,5-二甲基嗎啉、2,2-二甲基嗎啉、2,2,4-三甲基嗎啉、4-乙基-2,2-二甲基嗎啉、3,3-二甲基嗎啉、3,3,4-三甲基嗎啉、4-乙基-3,3-二甲基嗎啉、5,5-二甲基嗎啉、4,5,5-三甲基嗎啉、4-乙基-5,5-二甲基嗎啉、6,6-二甲基嗎啉、4,6,6-三甲基嗎啉、4-乙基-6,6-二甲基嗎啉、5-乙基-2-甲基嗎啉，以及它們的組合。丁基可表示正丁基、仲丁基、異丁基或叔丁基。丙基可表示正丙基或異丙基。
作為一個實例，圖7b顯示了由1,4-二溴丁烷與4-乙基嗎啉鎓反應形成的1,4-雙(4-乙基嗎啉鎓)丁烷二溴化物產物。
另一類1-氧雜-4-氮環己烷鹽具有式3的結構：
[三-n,n』,n」-三r9-(2,2』,2」-三r1-2,2』,2」-三r2-3,3』,3」-三r3-3,3』,3」-三r4-5,5』,5」-三r5-5,5』,5」-三r6-6,6』,6」-三r7-6,6』,6」-三r8-1,1』,1」-氧雜-4,4』,4」-氮鎓環己烷)-r10]3+3x-
其中r1-r9獨立地選自h或具有式cnh2n+1的烷基，其中n為1-4，x為滷離子或氫氧根，分子中的c原子總數為15-36，r10為具有式cmh2m-1的烷基，其中m為3-8，且在烷基鏈的x、y和z位與4、4』和4」n原子連接，其中x，y和z獨立地選自1至m。
在一些方案中，x為氫氧根。
在一些方案中，當r9為烷基時，x為氫氧根。
在一些方案中，r9為烷基。在一些方案中，r9為甲基或乙基。
在一些方案中，x為1，z為m。在一些方案中，x為1，z為m-1。在一些方案中，x為1，z為m-2。在一些方案中，m為4至8或4至7。
在一些方案中，r1-r8為h。在一些方案中，當r1-r8為h時，r9為烷基。在一些方案中，當r1-r8為h時，r9為甲基或乙基。在一些方案中，當r1-r8為h時，r9為h。
在一些方案中，r1-r8中的至少一個為烷基。在一些方案中，當r1-r8中的至少一個為烷基時，r9為烷基。在一些方案中，當r1-r8中的至少一個為烷基時，r9為甲基或乙基。在一些方案中，當r1-r8中的至少一個為烷基時，r9為h。
在一些方案中，r1-r8中的至少兩個為烷基。在一些方案中，當r1-r8中的至少兩個為烷基時，所述烷基中的兩個位於相同的c原子上(例如，r1和r2，或r3和r4，或r5和r6，或r7和r8)。
當存在超過一個烷基時，所述烷基可為相同的基團，或者它們可不同。最通常地，烷基為甲基或乙基。
在一些方案中，1-氧雜-4-氮鎓環己烷鹽包括至少一種三-如下化合物的三滷化物或三氫氧化物：4-丁基嗎啉、4-丙基嗎啉、4-乙基嗎啉、4-甲基嗎啉、嗎啉、2-甲基嗎啉、2,4-二甲基嗎啉、4-乙基-2-甲基嗎啉、4-丙基-2-甲基嗎啉、3-甲基嗎啉、3,4-二甲基嗎啉、4-乙基-3-甲基嗎啉、4-丙基-3-甲基嗎啉、5-甲基嗎啉、2,5-二甲基嗎啉、4-乙基-5-甲基嗎啉、4-丙基-5-甲基嗎啉、5-乙基-2-甲基嗎啉、6-甲基嗎啉、4,6-二甲基嗎啉、4-乙基-6-甲基嗎啉、4-丙基-6-甲基嗎啉、2,6-二甲基嗎啉、2,4,6-三甲基嗎啉、4-乙基-2,6-二甲基嗎啉、2,3-二甲基嗎啉、2,3,4-三甲基嗎啉、4-乙基-2,3-二甲基嗎啉、2,5-二甲基嗎啉、2,4,5-三甲基嗎啉、4-乙基-2,5-二甲基嗎啉、2,2-二甲基嗎啉、2,2,4-三甲基嗎啉、4-乙基-2,2-二甲基嗎啉、3,3-二甲基嗎啉、3,3,4-三甲基嗎啉、4-乙基-3,3-二甲基嗎啉、5,5-二甲基嗎啉、4,5,5-三甲基嗎啉、4-乙基-5,5-二甲基嗎啉、6,6-二甲基嗎啉、4,6,6-三甲基嗎啉、4-乙基-6,6-二甲基嗎啉、5-乙基-2-甲基嗎啉，以及它們的組合。
作為一個實例，圖7c顯示了由1,3,6-三溴-4-甲基己烷與4-甲基嗎啉反應形成的1,3,6-三(4-甲基嗎啉鎓)4-甲基己烷三溴化物產物。
又一類1-氧雜-4-氮鎓環己烷鹽具有結構式4：
2-r1-2-r2-3-r3-3-r4-4-r9-4-r10-5-r5-5-r6-6-r7-6-r8-1-氧雜-4-氮鎓環己烷+-x-
其中r1-r9獨立地選自h或具有式cnh2n+1的烷基，r10選自具有式cnh2n+1的烷基，其中n為1-4，苄基，1-甲基萘，2-甲基萘和具有式cph2p-1的非烯屬烷基，其中p為4-10，x為滷離子或氫氧根，並且分子中的c原子總數為4-16。
在一些方案中，x為氫氧根。
在一些方案中，當r9為烷基時，x為氫氧根。
在一些方案中，r9為烷基。在一些方案中，r9為甲基或乙基。
在一些方案中，r1-r9為h。
在一些方案中，r1-r8為h。在一些方案中，當r1-r8為h時，r9為烷基。在一些方案中，當r1-r8為h時，r9為甲基或乙基。在一些方案中，當r1-r8為h時，r9為h。
在一些方案中，r1-r8中的至少一個為烷基。在一些方案中，當r1-r8中的至少一個為烷基時，r9為烷基。在一些方案中，當r1-r8中的至少一個為烷基時，r9為甲基或乙基。在一些方案中，當r1-r8中的至少一個為烷基時，r9為h。
在一些方案中，r1-r8中的至少兩個為烷基。在一些方案中，當r1-r8中的至少兩個為烷基時，所述烷基中的兩個位於相同的c原子上(例如，r1和r2，或r3和r4，或r5和r6，或r7和r8)。
當存在超過一個烷基時，所述烷基可為相同的基團，或者它們可不同。最通常地，烷基為甲基或乙基。
在一些方案中，當r1-r8中的至少兩個為烷基時，r9和r10中的至少一個為具有式cnh2n+1的烷基。
在一些方案中，r10為具有式cnh2n+1的烷基。在一些方案中，r10為丙基或丁基。在一些方案中，r10烷基可為直鏈烷基或支化烷基。
在一些方案中，r10為苄基。在一些方案中，當r10為苄基時，r1-r8中的至少一個為烷基。在一些方案中，當r10為苄基時，r9為烷基。在一些方案中，當r10為苄基時，r9為h。
在一些方案中，r10為1-甲基萘或2-甲基萘。在一些方案中，當r10為1-甲基萘或2-甲基萘時，r1-r8中的至少一個為烷基。在一些方案中，當r10為1-甲基萘或2-甲基萘時，r9為烷基。在一些方案中，當r10為1-甲基萘或2-甲基萘時，r9為h。
在一些方案中，r10為具有式cph2p-1的非烯屬烷基，其中p為4-10。在一些方案中，當r10為非烯屬烷基時，r1-r8中的至少一個為烷基。在一些方案中，當r10為非烯屬烷基時，r9為烷基。在一些方案中，當r10為非烯屬烷基時，r9為h。在一些方案中，r10選自環丁基、環戊基、環己基、甲基環戊基、環庚基、甲基環己基、二甲基環戊基、環辛基和二甲基環己基。具有式cph2p-1(其中p為4-10)的合適非烯屬烷基包括但不限於環丁基、環戊基、環己基、甲基環戊基、環庚基、甲基環己基、二甲基環戊基、環辛基和二甲基環己基。在一些方案中，p為5-8。
在一些方案中，1-氧雜-4-氮鎓環己烷鹽包括至少一種如下化合物的滷化物或氫氧化物：4-丁基嗎啉、4-丙基嗎啉、4-乙基嗎啉、4-甲基嗎啉、嗎啉、2-甲基嗎啉、2,4-二甲基嗎啉、4-乙基-2-甲基嗎啉、4-丙基-2-甲基嗎啉、3-甲基嗎啉、3,4-二甲基嗎啉、4-乙基-3-甲基嗎啉、4-丙基-3-甲基嗎啉、5-甲基嗎啉、2,5-二甲基嗎啉、4-乙基-5-甲基嗎啉、4-丙基-5-甲基嗎啉、5-乙基-2-甲基嗎啉、6-甲基嗎啉、4,6-二甲基嗎啉、4-乙基-6-甲基嗎啉、4-丙基-6-甲基嗎啉、2,6-二甲基嗎啉、2,4,6-三甲基嗎啉、4-乙基-2,6-二甲基嗎啉、2,3-二甲基嗎啉、2,3,4-三甲基嗎啉、4-乙基-2,3二甲基嗎啉、2,5-二甲基嗎啉、2,4,5-三甲基嗎啉、4-乙基-2,5-二甲基嗎啉、2,2-二甲基嗎啉、2,2,4-三甲基嗎啉、4-乙基-2,2-二甲基嗎啉、3,3-二甲基嗎啉、3,3,4-三甲基嗎啉、4-乙基-3,3-二甲基嗎啉、5,5-二甲基嗎啉、4,5,5-三甲基嗎啉、4-乙基-5,5-二甲基嗎啉、6,6-二甲基嗎啉、4,6,6-三甲基嗎啉、4-乙基-6,6-二甲基嗎啉、5-乙基-2-甲基嗎啉，以及它們的組合。
作為一個實例，圖7d顯示了由2-溴丙烷與4,6,6-三甲基嗎啉反應形成的4-異丙基-(4,6,6-三甲基嗎啉鎓)溴化物產物。
1-氧雜-4-氮鎓環己烷滷化物鹽可通過與ag2o反應產生作為副產物的agx或者通過經過陰離子交換樹脂而進行離子交換，從而得到1-氧雜-4-氮鎓環己烷化合物的氫氧化物形式或直接作為滷素鹽使用。
離子交換方法可包括使1-氧雜-4-氮鎓環己烷滷化物鹽與具有氫氧根離子的離子交換樹脂接觸。能夠將滷離子轉化為氫氧根離子的特定離子交換樹脂是獲自dowchemical的dowexmonosphere550aupw。離子交換可在20-85℃或20-50℃或25-40℃的溫度下進行15分鐘至8小時或30分鐘至6小時或30分鐘至3小時的時間。離子交換可以以連續或間歇模式或其任意組合進行。當使用ag2o時，優選使用間歇模式；當使用離子交換樹脂時，優選使用連續模式。各1-氧雜-4-氮鎓環己烷滷化物鹽可能需要不同的操作條件以用於滷離子與氫氧根的離子交換。取決於陰離子與1-氧雜-4-氮鎓環己烷陽離子的相互作用，離子交換可能是困難的或不可能的。
實施例2和實施例3中溴化物和氫氧化物鹽的13c化學位移的對比表明，1-氧雜-4-氮鎓環己烷鹽與陰離子的相互作用隨著陰離子的種類變化。特別地，不希望受理論的束縛，緊鄰陽離子n中心的c原子的化學勢特別受到影響。鹽的電子密度可能受到陰離子種類的很大影響。該差異可極大地影響1-氧雜-4-氮鎓環己烷陰離子鹽引導合成特定沸石或分子篩的能力。在分子篩合成中，氫氧根通常用作礦化劑，因此相對於滷化物sda鹽，通常優選使用氫氧化物sda鹽。
本發明的方法可在製備微孔結晶分子篩中進行。在一個方面中，本發明提供了一種合成分子篩，例如鋁磷酸鹽或矽鋁磷酸鹽的方法。所述方法可包括如下步驟：(a)製備包含水、取代烴和1-氧雜-4-氮雜環己烷衍生物的含水混合物；(b)使所述含水混合物反應；(c)獲得包含有機基-1-氧雜-4-氮鎓環己烷化合物的溶液；(d)形成包含al、si和p的反應性源和所述溶液的反應混合物；和(e)加熱所述反應混合物以形成分子篩。
在所述方法的另一個方案中，步驟(d)包括形成me、al、si、p的反應性源和任選的分子篩晶種的第一混合物，並將所述溶液添加至第一混合物中，未冷卻第一混合物。
在所述方法的另一個方案中，步驟(d)包括形成me、al、p的反應性源和任選的分子篩晶種的第一混合物，並將所述溶液添加至第一混合物中，未冷卻第一混合物。
形成鋁磷酸鹽反應混合物的步驟包括形成具有以下式氧化物摩爾比表示的組成的反應混合物：
rr:al2o3:emeoj/2:pp2o5:ssio2:gh2o
其中，「r」的值為0.01-10，「e」的值為0-1.0，「j」的值為2-4，「p」的值為0.5-8.0，「s」值為0-1.0，「g」的值為5-4000。此外，所述反應混合物可包含基於反應混合物中的氧化物總質量為1-10重量％的鋁磷酸鹽晶種，例如如果反應混合物中存在100g氧化物，則將1-10g的鋁磷酸鹽晶種添加至反應混合物中。在一個方面中，反應混合物可額外包含其他有機銨或胺結構導向劑。r表示有機基-1-氧雜-4-氮鎓環己烷化合物。me表示選自主組元素mg、zn、be、ga的元素或選自第一、第二或第三過渡序列的元素。該元素的非限制性實例包括ti、fe、co、mg、mn、cu、ni和zn。
鋁源包括但不限於鋁醇鹽、沉澱氧化鋁、鋁金屬、氫氧化鋁、鋁鹽和氧化鋁溶膠。鋁醇鹽的具體實例包括但不限於仲丁醇鋁和異丙醇鋁。二氧化矽源包括但不限於原矽酸四乙酯、膠態二氧化矽和沉澱二氧化矽。磷源包括但不限於正磷酸和磷氧化物。
實施例示例了獲得用於形成本文所述osda的反應混合物的特定添加順序。然而，由於存在許多起始物質，許多添加順序是可能的。
由本發明方法的osda製備的分子篩可用作各種烴轉化方法中的催化劑或催化劑載體。烴轉化方法是本領域公知的，包括裂解，加氫裂化，芳族化合物或異鏈烷烴的烷基化，鏈烷烴、烯烴或多烷基苯如二甲苯的異構化，多烷基苯與苯或單烷基苯的烷基轉移，單烷基苯的歧化，聚合，重整，氫化，脫氫，烷基轉移，脫烷基化，水合，脫水，加氫處理，加氫脫氮，加氫脫硫，甲烷化和合成氣變換方法。
實施例
為了更充分地說明本發明，給出了以下實施例。應當理解的是，所述實施例僅僅是用於說明，並非意欲限制所附權利要求中所闡述的本發明的寬泛範圍。
實施例1
將422.44g水稱量至2lteflon瓶中，將所述瓶置於4l燒杯中。在恆定攪拌下，向水中加入218.1g1,4-二溴丁烷，99％。向該混合物中加入204.34g4-甲基嗎啉，99％。將1.5l自來水置於4l燒杯中圍繞teflon瓶以幫助控制反應熱。使用低熱50℃來加熱混合物。繼續攪拌，直至形成黃色溶液且不存在澄清的附加相。該溶液的13cnmr顯示了1摩爾甲基嗎啉與2.83摩爾1,4-雙(4-甲基嗎啉鎓)丁烷二溴化物的比例。
實施例2
將413g水稱量至2lteflon瓶中。加入474.1g1,5-二溴戊烷，97％(2摩爾)。在攪拌下向該混合物中加入176g嗎啉，99％(4摩爾)。水和嗎啉組合形成渾濁相，而較重的二溴戊烷保留在底部。將teflon瓶移入作為二級容器的4升燒杯中並置於高速頂置式攪拌器下，在室溫下攪拌。將1-1.5升冷水加入到4升燒杯中以消散強烈放熱，如果出現的話。在15分鐘時，混合物開始變黃，這表明反應開始。放熱溫和。在1小時後，結果為澄清的淺橙色「溶液」。混入剩餘的413g水以製成最終溶液。使用13c核磁共振(nmr)證實產物包含3-氧雜-6-氮雜螺[5.5]十一烷溴化物溶液。相對於四甲基矽烷，在63.6、59.9、58.0、21.0和18.9ppm處觀察到所述螺環化合物的峰。在59.9和43.4ppm處存在嗎啉鎓的共振。所述螺環化合物與嗎啉鎓的比例為1:1。需要使用c-n分裂的變溫nmr來鑑定兩種化合物並獲得適當的積分比。起始物質1,5-二溴戊烷具有處於29.3、34.4和36.2ppm處的峰，其積分比分別為1:2:2，這在最終溶液中未觀察到。
實施例3
將1150g獲自實施例2的溶液與336.4gag2o在圓底燒瓶中接觸，其組合形成灰色不透明溶液。將燒瓶置於高速頂置式攪拌器下，在室溫(開放體系)攪拌1天。過濾樣品以移除沉澱的溴化銀，並將最終溶液送至水分析，表明樣品包含64.6％的水。使用13c核磁共振(nmr)證實產物包含3-氧雜-6-氮雜螺[5.5]十一烷氫氧化物溶液。相對於四甲基矽烷，在67.1、60.0、57.9、20.9和18.7ppm處觀察到所述螺環化合物的峰。在59.8和44.7ppm處存在嗎啉鎓的共振。所述螺環化合物與嗎啉鎓的比例為1:1。實施例2和實施例3中溴化物和氫氧化物鹽的13c化學位移對比表明，1-氧雜-4-氮鎓環己烷鹽與陰離子的相互作用隨著陰離子的種類變化。特別地，不希望受理論的束縛，緊鄰陽離子n中心的c原子的化學勢特別受到影響。鹽的電子密度可能受到陰離子種類的很大影響。
實施例4
將88.65g水稱量至1lteflon瓶中。加入141.33g1,4-二溴丁烷，99％。向該混合物中加入154g4-乙基嗎啉，97％。水和乙基嗎啉組合形成渾濁相，而較重的二溴丁烷保留在底部。將teflon瓶移入作為二級容器的2升燒杯中並置於高速頂置式攪拌器下，在室溫下攪拌。將teflon瓶密封，並在100℃且不攪拌下放置過夜。在將溶液冷卻至室溫後，向該溶液中加入88g去離子水。將溶液再次置於100℃且不攪拌下過夜，結果是褐色半透明溶液，藉助13cnmr，其包含1,4-雙(4-乙基嗎啉鎓)丁烷的特徵峰。將樣品送至水分析，表明其包含36.6％的水。
實施例5
將355.88g水稱量至2l玻璃燒杯中。加入355.57g1,5-二溴戊烷，97％(1.5摩爾)。向該混合物中加入356.19g4-乙基嗎啉，97％(3摩爾)。水和乙基嗎啉組合形成渾濁相，而較重的二溴戊烷保留在底部。將玻璃燒杯移至低熱的熱板上，並置於高速頂置式攪拌器下，在室溫下攪拌。然後將溶液轉移到2lteflon瓶中，將其密封並在100℃且不攪拌下放置過夜。在冷卻後，將溶液置於2lparr高壓釜中，加熱至100℃4小時。然後加入355.88g去離子水，得到50％的溶液。
實施例6
將196.5g水稱量至2lteflon瓶中。加入254.14g1,6-二溴己烷，96％。向該混合物中加入204.34g4-甲基嗎啉，99％。水和嗎啉組合形成渾濁相，而較重的二溴己烷保留在底部。將溶液放入作為二級容器的4升燒杯中，並置於高速頂置式攪拌器下，在室溫下攪拌。然後將溶液轉移到2lparr高壓釜中，將其密封並在125℃且不攪拌下放置過夜。然後加入261.9g去離子水，從而獲得50％溶液，將樣品放回至2lparr高壓釜中並在125℃下過夜。結果是褐色的澄清溶液。13cnmr對於1,6-雙(4-甲基嗎啉鎓)己烷二溴化物顯示出比例為1:2:2:1:1:1的在65.5、60.6、59.7、47.0、25.3和21.1ppm處的峰，而對起始物質4-甲基嗎啉顯示出比例為2:2:1的在64.9、53.9和44.5ppm處的峰。二季銨化合物與胺的比例為1:0.9。
實施例7
將439g獲自實施例4的溶液與147.5gag2o在圓底燒瓶中接觸，其組合形成灰色的不透明溶液。將燒瓶置於高速頂置式攪拌器下，在室溫下攪拌1天。過濾樣品以移除沉澱的溴化銀，並將最終溶液送至水分析，表明該樣品包含67.0％的水。
實施例8
將1257g獲自實施例5的溶液與324.26gag2o在圓底燒瓶中接觸，其組合形成灰色的不透明溶液。將燒瓶置於高速頂置式攪拌器下，在室溫下攪拌1天。過濾樣品以移除沉澱的溴化銀，並將最終溶液送至水分析，表明樣品包含65.9％的水。
實施例9
將1116g獲自實施例6的溶液與圓底燒瓶中的295.64gag2o接觸，其組合形成灰色的不透明溶液。將燒瓶置於高速頂置式攪拌器下，在室溫下攪拌1天。過濾樣品以移除沉澱的溴化銀，並將最終溶液送至水分析，表明樣品包含60.9％的水。
實施例10
將25.73g水稱量至125mlteflon瓶中。加入12.57g1,4-二溴丁烷，99％。在攪拌下向該混合物中加入13.15g2,6-二甲基嗎啉，97.1％。水和2-6-二甲基嗎啉組合形成渾濁相，而較重的二溴丁烷留在底部。將teflon瓶移入作為二級容器的400ml燒杯中，並置於熱板上，在低溫和密封下攪拌，90℃。在2天後，結果是澄清的淺黃色溶液。將樣品送至13cnmr。1-氧雜-4-氮鎓環己烷衍生物2,6-二甲基嗎啉由兩種化合物組成，a具有位於75.5、55.1和21.9ppm處的峰，比例為1:1:1，b具有位於69.1、54.2和20.5ppm處的峰，比例為1:1:1。兩種化合物的比例為2.75a:1b。所述黃色溶液具有位於16.4、17.2、17.3、17.7、20.6、21.0、21.7、46.5、47.2、59.4、61.7、63.0、63.9、64.0、65.7、68.1、68.3和69.8ppm處的峰，積分比分別為1.25、1.75、3.7、4、1.2、4.1、2、1.8、4.35、1.3、1.5、1.8、4、1.95和4。不希望受理論的約束，據信嗎啉衍生物中的化合物a和b為2,6-二甲基嗎啉的順式和反式形式，並且產物中的峰歸因於順式和反式取代的二甲基嗎啉基鹽的多種構象異構體。
實施例11
將591.15g水稱量至2lteflon瓶中。加入436.21g1,4-二溴丁烷，99％(2摩爾)。在攪拌下向該混合物中加入352.0g嗎啉，99％(4摩爾)。水和嗎啉組合形成渾濁相，而較重的二溴丁烷保留在底部。將teflon瓶移入作為二級容器的4升燒杯中並置於高速頂置式攪拌器下，在室溫下攪拌。將0.5-1升冷水加入到4升燒杯中以分散強烈放熱，如果產生的話。在1.5-2.5小時後，結果為澄清的淺黃色溶液。混入另外的197.05g水以形成最終溶液。使用13c核磁共振(nmr)證實產物為8-氧雜-5-氮雜螺[4.5]癸烷溴化物溶液。相對於四甲基矽烷，在63.3、62.3、59.2和21.4ppm處分別觀察到所述螺環化合物的峰，積分比為2:2:2:2。在63.9和43.5ppm處存在嗎啉鎓的共振，其積分比為2:2。所述螺環化合物與嗎啉鎓的比例為1:1。通過離子色譜/質譜法證實了兩種化合物的存在。起始物質1,4-二溴丁烷具有在13cnmr中在33.5和35.5ppm處的峰。在最終溶液中沒有觀察到歸因於二溴丁烷的峰。
實施例12
將1200g獲自實施例6的溶液與365.5gag2o在圓底燒瓶中接觸，其組合形成灰色的不透明溶液。將燒瓶置於高速頂置式攪拌器下，在室溫下攪拌1天。過濾樣品以移除沉澱的溴化銀，並將最終溶液送至水分析，表明樣品包含67.3％的水。
實施例13
將36.36g化合物雙-n-甲基嗎啉鎓己烷二氫氧化物(實施例9)加入到10.67g去離子水中。將溶液置於高速頂置式攪拌器下攪拌。加入10.90g正磷酸(h3po4；fisherscientific，85％)，然後加入6.28g假勃姆石(catapalb；sasol72.0％)，最後加入2.00g膠態二氧化矽(ludoxas40，sigma-aldrich，40％)。將凝膠混合30分鐘，然後轉移至teflon襯裡的不鏽鋼高壓釜中。凝膠的摩爾氧化物比為：
1.07p2o5：1.0al2o3：0.3sio2：1.0bnmmh(oh)2：50h2o
將凝膠在175℃的烘箱中加熱並翻滾120小時。在冷卻凝膠後，打開高壓釜，通過離心分離固體，用水洗，並在100℃下乾燥過夜。通過x射線衍射表徵固體，發現其為sapo-56(afx相)。該材料的x射線衍射圖示於圖8中。
實施例14
將41.10g化合物雙-n-乙基嗎啉鎓丁烷二氫氧化物(實施例7)加入到10.45g去離子水中。將溶液置於高速頂置式攪拌器下攪拌。加入10.45g正磷酸(h3po4；fisherscientific，85％)，然後加入5.97g的假勃姆石(catapalb；sasol72.0％)，最後加入1.90g膠態二氧化矽(ludoxas40，sigma-aldrich，40％)。將凝膠混合30分鐘，然後轉移至teflon襯裡的不鏽鋼高壓釜中。凝膠的摩爾氧化物比為：
1.08p2o5：1.0al2o3：0.3sio2：1.0bnemb(oh)2：50h2o
將凝膠在175℃的烘箱中加熱並翻滾96小時。在冷卻凝膠後，打開高壓釜，通過離心分離固體，用水洗，並在100℃下乾燥過夜。通過x射線衍射表徵固體，發現其為sapo-34(cha相)。
實施例15
將25.18g化合物雙-n-甲基嗎啉鎓己烷二氫氧化物(實施例9)加入到6.32g去離子水中。將溶液置於高速頂置式攪拌器下攪拌。加入10.15g正磷酸(h3po4；fisherscientific，85％)，然後加入5.80g假勃姆石(catapalb；sasol72.0％)，然後加入1.85g膠態二氧化矽(ludoxas40，sigma-aldrich，40％，最後加入10.77g乙基三甲基氫氧化銨(etma：20％，sachem)。將凝膠混合30分鐘，然後轉移至teflon襯裡的不鏽鋼高壓釜中。凝膠的摩爾氧化物比為：
1.08p2o5：1.0al2o3：0.3sio2：0.75bnmmh(oh)2：0.5etmaoh：50h2o
將凝膠在175℃的烘箱中加熱並翻滾288小時。在冷卻凝膠後，打開高壓釜，通過離心分離固體，用水洗，並在100℃下乾燥過夜。通過x射線衍射表徵固體，發現其為sapo-35(lev相)。
實施例16
將43.40g化合物雙-n-甲基嗎啉鎓己烷二氫氧化物(實施例9)加入到13.78g去離子水中。將溶液置於高速頂置式攪拌器下攪拌。加入12.82g正磷酸(h3po4；fisherscientific，85％)，然後加入7.50g假勃姆石(catapalb；sasol72.0％)，最後加入0.80g膠態二氧化矽(ludoxas40，sigma-aldrich，40％)。將凝膠混合30分鐘，然後轉移至teflon襯裡的不鏽鋼高壓釜中。凝膠的摩爾氧化物比為：
1.05p2o5：1.0al2o3：0.1sio2：1.0bnmmh(oh)2：50h2o
將凝膠在175℃的烘箱中靜態加熱96小時。在冷卻凝膠後，打開高壓釜，通過離心分離固體，用水洗，並在100℃下乾燥過夜。通過x射線衍射表徵固體，發現其為sapo-35(lev相)，以及一部分未反應的氧化鋁。
儘管已經參照某些實施方案相當詳細地描述了本發明，然而本領域技術人員應理解本發明可以通過除所描述的實施方案之外的其他實施方案來實現，所描述的實施方案是為了說明而不是限制的目的呈現的。因此，所附權利要求的範圍不應限於本文包含的實施方案的描述。
具體實施方案
儘管下文結合具體實施方案進行描述，然而應當理解的是，該描述旨在說明而不是限制前文描述和所附權利要求的範圍。
本發明的第一個實施方案為一種合成鋁磷酸鹽基分子篩的方法，包括(a)製備包含水、取代烴和1-氧雜-4-氮雜環己烷衍生物的含水混合物；(b)使所述含水混合物反應；(c)獲得包含有機基-1-氧雜-4-氮鎓環己烷化合物的溶液；(d)形成包含al和p的反應性源和所述溶液的反應混合物；和(e)加熱所述反應混合物以形成分子篩。本發明的一個實施方案為本段中直至該段中第一個實施方案的前述實施方案中的一個、任意或全部，其中使所述含水混合物反應的步驟在20-100℃的溫度下進行。本發明的一個實施方案為本段中直至該段中第一個實施方案的前述實施方案中的一個、任意或全部，其中有機基-1-氧雜-4-氮鎓環己烷化合物為結構導向劑。本發明的一個實施方案為本段中直至該段中第一個實施方案的前述實施方案中的一個、任意或全部，其中所述取代烴為選自如下組的滷代烷烴：溴乙烷、碘乙烷、氯丙烷、溴丙烷、碘丙烷、氯丁烷、1-溴丁烷、2-溴丁烷、碘丁烷、1-溴-2-甲基丙烷、2-溴-2-甲基丙烷、氯戊烷、溴戊烷、碘戊烷、2-溴戊烷、氯己烷、溴己烷、碘己烷、苄基滷、1-氯-2-苯基乙烷、1-溴-2-苯基乙烷、1-碘-2-苯基乙烷、1-滷代甲烷萘、2-滷代甲烷萘和具有式cph2p-1的滷素取代的非烯屬烷基，其中p為4-10，以及它們的組合。本發明的一個實施方案為本段中直至該段中第一個實施方案的前述實施方案中的一個、任意或全部，其中所述取代烴為具有2-8個碳原子的二滷素取代的烷烴，其選自：1,3二氯丙烷、1,4-二氯丁烷、1,5-二氯戊烷、1,6-二氯己烷、1,3-二溴丙烷、1,4-二溴丁烷、1,5-二溴戊烷、1,6-二溴己烷、1,3-二碘丙烷、1,4-二碘丁烷、1,5-二碘戊烷、1,6-二碘己烷、1,2-二溴丙烷、1,3-二溴丁烷、1,3-二溴戊烷、1,4-二溴戊烷、2,4-二溴戊烷、1,5-二溴己烷、1,4-二溴己烷、1,3-二溴己烷、2,4-二溴己烷、2,5-二溴己烷、2,5-二溴-3-甲基己烷、2,5-二溴-3,3-二甲基己烷、1,4-二溴-2-乙基丁烷和1,2-二溴-2-苯基乙烷，以及它們的組合。本發明的一個實施方案為本段中直至該段中第一個實施方案的前述實施方案中的一個、任意或全部，其中所述取代烴為具有3-8個碳原子的三滷素取代的烷烴，其選自：1,2,3-三溴丙烷、1,2,4-三溴丁烷、1,2,3-三溴丁烷、1,3,5-三溴戊烷、1,2,4-三溴戊烷、1,2,3-三溴戊烷、1,3,6-三溴己烷、1,2,4-三溴己烷、1,2,5-三溴己烷、1,2,6-三溴己烷、1,3,4-三溴己烷和1,3,5-三溴己烷，以及它們的組合。本發明的一個實施方案為本段中直至該段中第一個實施方案的前述實施方案中的一個、任意或全部，其中所述取代烴為α,ω-二滷素取代的烷烴。本發明的一個實施方案為本段中直至該段中第一個實施方案的前述實施方案中的一個、任意或全部，其中1-氧雜-4-氮雜環己烷衍生物具有式5的結構2-r1-2-r2-3-r3-3-r4-4-r9-5-r5-5-r6-6-r7-6-r8-1-氧雜-4-氮雜環己烷，其中r1-r9獨立地選自h或具有式cnh2n+1的烷基，其中n為1-4，並且分子中的c原子總數為4-10。本發明的一個實施方案為本段中直至該段中第一個實施方案的前述實施方案中的一個、任意或全部，其中1-氧雜-4-氮雜環己烷衍生物選自4-丁基嗎啉、4-丙基嗎啉、4-乙基嗎啉、4-甲基嗎啉、嗎啉、2-甲基嗎啉、2,4-二甲基嗎啉、4-乙基-2-甲基嗎啉、4-丙基-2-甲基嗎啉、3-甲基嗎啉、3,4-二甲基嗎啉、4-乙基-3-甲基嗎啉、4-丙基-3-甲基嗎啉、5-甲基嗎啉、2,5-二甲基嗎啉、4-乙基-5-甲基嗎啉、4-丙基-5-甲基嗎啉、5-乙基-2-甲基嗎啉、6-甲基嗎啉、4,6-二甲基嗎啉、4-乙基-6-甲基嗎啉、4-丙基-6-甲基嗎啉、2,6-二甲基嗎啉、2,4,6-三甲基嗎啉、4-乙基-2,6-二甲基嗎啉、2,3-二甲基嗎啉、2,3,4-三甲基嗎啉、4-乙基-2,3-二甲基嗎啉、2,5-二甲基嗎啉、2,4,5-三甲基嗎啉、4-乙基-2,5-二甲基嗎啉、2,2-二甲基嗎啉、2,2,4-三甲基嗎啉、4-乙基-2,2-二甲基嗎啉、3,3-二甲基嗎啉、3,3,4-三甲基嗎啉、4-乙基-3,3-二甲基嗎啉、5,5-二甲基嗎啉、4,5,5-三甲基嗎啉、4-乙基-5,5-二甲基嗎啉、6,6-二甲基嗎啉、4,6,6-三甲基嗎啉、4-乙基-6,6-二甲基嗎啉、5-乙基-2-甲基嗎啉，以及它們的組合。本發明的一個實施方案為本段中直至該段中第一個實施方案的前述實施方案中的一個、任意或全部，其中1-氧雜-4-氮雜環己烷衍生物基本上不能進行錐形倒轉。本發明的一個實施方案為本段中直至該段中第一個實施方案的前述實施方案中的一個、任意或全部，其中有機基-1-氧雜-4-氮鎓環己烷化合物具有式1的結構2-r1-2-r2-3-r3-3-r4-4-r9-4-r10-5-r5-5-r6-6-r7-6-r8-1-氧雜-4-氮鎓環己烷+-x-，其中r1-r8獨立地選自h或具有式cnh2n+1的烷基，其中n為1-4；r9和r10形成具有式cmh2m的環烷基，形成環尺寸為q的雜環，其中m為4-8，且q為5至m+1；x為滷離子或氫氧根；且分子中的c原子總數為8-17；或式2[雙-n,n』-二r9-(2,2』-二r1-2,2』-二r2-3,3』-二r3-3,3』-二r4-5,5』-二r5-5,5』-二r6-6,6』-二r7-6,6』-二r8-1,1』-氧雜-4,4』-氮鎓環己烷)-r10]2+2x-，其中r1-r9獨立選擇由h或具有式cnh2n+1的烷基，其中n為1-4，x為滷離子或氫氧根，分子中的c原子總數為11-24，r10為具有式cmh2m的烷基，其中m為3-8，並且在烷基鏈的x和y位與4和4』n原子連接，其中x和y獨立地選自1至m；或式3[三-n,n』,n」-三r9-(2,2』,2」-三r1-2,2』,2」-三r2-3,3』,3」-三r3-3,3』,3」-三r4-5,5』,5」-三r5-5,5』,5」-三r6-6,6』,6」-三r7-6,6』,6」-三r8-1,1』,1」-氧雜-4,4』,4」-氮鎓環己烷)-r10]3+3x-，其中r1-r9獨立地選自h或具有式cnh2n+1的烷基，其中n為1-4，x為滷離子或氫氧根，分子中的c原子總數為15-36，且r10為具有式cmh2m-1的烷基，其中m為3-8，且在烷基鏈的x、y和z位與4、4』和4」n原子連接，其中x、y和z獨立地選自1至m；或式42-r1-2-r2-3-r3-3-r4-4-r9-4-r10-5-r5-5-r6-6-r7-6-r8-1-氧雜-4-氮鎓環己烷+-x-，其中r1-r9獨立地選自h或具有式cnh2n+1的烷基，r10選自具有式cnh2n+1的烷基，其中n為1-4，苄基，1-甲基萘，2-甲基萘和具有式cph2p-1的非烯屬烷基，其中p為4-10，x為滷離子或氫氧根，分子中的c原子總數為4-16；或其組合。本發明的一個實施方案為本段中直至該段中第一個實施方案的前述實施方案中的一個、任意或全部，其中步驟(d)包括形成al、si、p的反應性源和任選的結晶分子篩的晶種的第一混合物，並將溶液加入到第一混合物中，未冷卻第一混合物。本發明的一個實施方案是本段中直至該段中第一個實施方案的前述實施方案中的一個、任意或全部，其中步驟(d)包括形成具有以rral2o3emeoj/2pp2o5ssio2gh2o的氧化物摩爾比表示的組成的反應混合物，其中「r」的值為0.01-10，「e」的值為0-1.0，「j」的值為2-4，「p」的值為0.5-8.0，「s」值為0-1.0，「g」的值為5-4000。本發明的一個實施方案為本段中直至該段中第一個實施方案的前述實施方案中的一個、任意或全部，其中反應混合物包含1-10重量％的鋁磷酸鹽晶種，基於反應混合物中氧化物的總質量。
本發明的第二個實施方案為一種通過包括如下步驟的方法製備的鋁磷酸鹽分子篩：(a)製備包含水、取代烴和1-氧雜-4-氮雜環己烷衍生物的含水混合物；(b)使所述含水混合物反應；(c)獲得包含有機基-1-氧雜-4-氮鎓環己烷化合物的溶液；(d)形成包含al和p的反應性源和所述溶液的反應混合物；和(e)加熱所述反應混合物以形成分子篩。權利要求15的分子篩，其中有機基-1-氧雜-4-氮鎓環己烷化合物為結構導向劑，且在獲得結構導向劑中不使用有機溶劑。權利要求15的分子篩，其中1-氧雜-4-氮雜環己烷衍生物基本上不能經歷錐形倒轉。權利要求15的分子篩，其中步驟(d)包括形成al、si、p的反應性源和任選的結晶分子篩的晶種的第一混合物，並將所述溶液添加至第一混合物中，未冷卻第一混合物。權利要求1的分子篩，其中步驟(d)包括形成具有以rral2o3emeoj/2pp2o5ssio2gh2o的氧化物摩爾比表示的組成的反應混合物，其中「r」的值為0.01-10，「e」的值為0-1.0，「j」的值為2-4，「p」的值為0.5-8.0，「s」值為0-1.0，「g」的值為5-4000。權利要求1的分子篩，其中所述反應混合物包含1-10重量％的鋁磷酸鹽晶種，基於反應混合物中氧化物的總質量。
在不進一步闡述下，據信本領域技術人員利用前述說明可最大限度地利用本發明，且容易地確定本發明的必要特徵，而不偏離本發明的主旨和範圍，從而對本發明做出各種改變和變更，且使其適於各種應用和條件。因此，前文的優選具體實施方案應解釋為僅僅是說明性的，而不是以任何方式限制本公開內容的其餘部分，且旨在涵蓋包括在所附權利要求範圍內的各種變更和等同設置。
在前文中，所有溫度均以攝氏度表示，所有份數和百分數均以重量計，除非另有說明。