詹淑華 / 工研院材化所
丙烯傳統上主要應用於聚丙烯生產，但隨著市場逐漸飽和及全球低碳轉型壓力增加，其應用正面臨挑戰。丙烯二聚反應提供一條具潛力的路徑，可選擇性合成多種C6烯烴，特別是高附加價值的4–甲基–1–戊烯(4MP)。4MP可聚合為聚甲基戊烯(PMP)，廣泛應用於光學、醫療器材及電子材料。觸媒設計對控制產物選擇性至關重要。傳統鹼金屬異相觸媒雖已工業化，但能耗高且分離困難；相比之下，有機金屬觸媒展現高選擇性與低能耗潛力。對台灣而言，若能結合觸媒創新、低碳製程及產業鏈整合，將有望在4MP與高值烯烴市場取得競爭優勢。
【內文精選】
丙烯二聚反應機理與觸媒設計
3. 不同丙烯二聚產物的觸媒設計
(2) 二甲基丁烯(2,3-DMB)
丙烯二聚反應合成2,3-DMB，除了觸媒結構影響之外，2,3-DMB的選擇性主要取決於丙烯插入反應方式，丙烯第一次先2,1-插入反應，接續以1,2-插入方式，最後再進行鏈終止（β-H消除），生成2,3-DMB-1產物，並使觸媒再生回到M-H狀態，如此反覆進行丙烯二聚反應，而2,3-DMB-1再進一步異構化反應形成2,3-DMB-2產物。英國BP公司開發原位(In Situ)合成的鎳基觸媒（Ni(acac)2＋三環己基膦(PCy3)＋乙基鋁氯衍生物）的技術（圖四），主要關鍵因素利用體積龐大的PCy3膦配體以提升選擇性生成2,3-DMB-1，用於香精（商品名：Tonalide）。
圖四、合成DMB之觸媒結構及其應用
(3) 4–甲基–1–戊烯(4MP)
鹼金屬異相觸媒系統奠定了4MP商業化製程的基礎。採用鹼金屬（如鈉、鉀、鋰）負載於氧化物載體上的異相觸媒，活性中心通常由鹼金屬與載體的比表面積與孔道結構協同作用構成，使丙烯在高溫高壓下能發生二聚反應，生成4MP及其異構體。其反應機制解析（圖五）顯示，金屬鉀或鈉沉積於K2CO3、Al2O3、石墨或滑石等固體載體上，經由活化過程，形成表面活性金屬態。這些活性中心具強鹼性，可將丙烯去質子化，生成丙烯基陰離子，作為反應的核心中間體。隨後，該陰離子會與另一分子丙烯的雙鍵作用，形成新的碳–碳鍵。
圖五、鹼金屬觸媒用於丙烯二聚反應合成4MP反應機制
結論與展望
工研院正在開發丙烯二聚產物的選擇性合成技術，聚焦高選性觸媒設計及其低碳製程開發，包括降低後端純化能耗，預期可將丙烯二聚生產製程從相對高能耗異相製程，逐步邁向高選擇性與低碳潛力製程，不僅體現在能源與碳排放的直接減量，更延伸至副產物減少、流程簡化與安全性提升---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
★本文節錄自《工業材料雜誌》467期，更多資料請見下方附檔。