CN100450613C - 一种用于苯酚溴代的催化剂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于苯酚溴代的催化剂,属于有机反应的催化剂这一技术领域,本发明所述的催化剂为酸化纳米碳管,本发明与现有技术相比,制备出的苯酚溴代物对位选择性好、转化率高,并且催化剂具有耐冲击性好,稳定性高,并且能够重复使用,同时催化剂的制备方法、制备装置都很简单,制备周期短,具有广泛的应用前景。

Description

一种用于苯酚溴代的催化剂
技术领域
本发明属于一种有机反应的催化剂这一技术领域,特别属于用于苯酚溴代的催化剂这一技术领域。
背景技术
溴代芳香族化合物是合成多种具有生物活性物质的重要中间体,其中以对位溴代苯酚为好,因此对位溴代苯酚的合成显得特别重要,早期使用的苯酚溴代方法是直接使用液溴作原料,使用的催化剂为无机酸和金属卤化物,生产时因一半溴生成溴化氢而被浪费,而且溴化氢的排放造成环境污染,同时催化剂不易分离,生成的溴代物对位选择性低,溴代物的转化率低。后来发展的氧化溴代方法,即在苯酚溴代的过程中选用溴化氢作为溴源,过氧化氢作为氧化剂将苯酚溴化,此种方法具有良好的对位选择性,但是溴代物的转化率低,只能达到30%左右,同时未反应的溴化氢也造成环境污染。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种具有高对位选择性,苯酚溴代物转化率高的催化剂。
本发明解决技术问题的技术方案是:一种用于苯酚溴代的催化剂,所述的催化剂为酸化纳米碳管。
优选的酸化纳米碳管中氧与碳的摩尔比为1∶1.5-15。
所述的酸化纳米碳管的制备方法为将纳米碳管用重量浓度大于50%的硝酸酸化5-24小时后,用水洗至中性烘干即可。
纳米碳管与浓硝酸的摩尔比为1∶8-10。
所述的纳米管为多壁纳米管。
为了更好的对纳米管酸化还可在浓硝酸中添加重量浓度为98%的硫酸,硫酸与硝酸的体积比为2-4∶1。
为了取得更好的催化效果,还可将制好的酸化纳米碳管与含有Cr3+,Co2+离子的盐进行反应,生成含Cr3+,Co2+离子的酸化纳米碳管。
所述催化剂的使用方法为下列步骤:
a、溴代过程:取上述制得的催化剂,分别与苯酚、溴化钾混合,加入醋酸和30%的过氧化氢在室温下剧烈搅拌,反应不小于12小时,催化剂、苯酚、溴化钾、醋酸、30%过氧化氢的摩尔比为2-6∶10∶11∶30∶11。
b、中和过程:用碱调节a步产物的pH值到中性。
C、萃取过程:用有机溶剂提取中和过程产物。
D、干燥过程:用无水硫酸镁干燥萃取过程产物。
在溴代过程中,优选的催化剂、苯酚、溴化钾、醋酸、30%过氧化氢的摩尔比为4∶10∶11∶30∶11,反应时间为12-24小时。
用酸化纳米碳管(MWNT-COOH)作催化剂,可以起到空间效应和有效传递电子的作用,并且羧基的存在非常重要,可提高其选择性,另一方面,酸化纳米碳管的比表面积高,反应时可以与反应物充分接触,提高其催化活性,溴代物的转化率也相应增加。由于使用醋酸作为溶剂,在H2O2存在将醋酸被氧化成过乙酸,它是比H2O2还强的氧化剂,可将Br-氧化成OBr-,从而可以通过亲电反应将溴接在苯酚的对位上。
本发明与现有技术相比,制备出的苯酚溴代物对位选择性好、转化率高,并且纳米碳管催化剂还具有耐冲击性,制得的催化剂特别稳定,能够重复使用,这种催化剂的制备方法、制备装置都很简单,制备周期短,能被高效利用。
具体实施方式
下面是本发明非限定制备实施例,通过这些实施例对本发明作进一步描述。
所述的纳米碳管纯度大于95%,直径10-30nm,长度5-15μm,硝酸、硫酸、苯酚、溴化钾、醋酸、过氧化氢、碳酸氢钠、乙醚、无水硫酸镁均为分析纯。
实施例1:将20g多壁纳米碳管放入重量浓度为50%的硝酸1升中,50℃回流24小时,冷却,用水稀释酸化碳管,并用0.1M的氢氧化钠调节pH值至7.0,然后过滤,用水洗涤,最后将此酸化的碳管在100℃干燥4小时,使水份小于0.5%,即可制得催化剂酸化碳管。
实施例2:除将重量浓度为50%的硝酸更改为重量浓度为63%的硝酸与重量浓度为98%的硫酸的体积比为1∶3,回流24小时改为超声5小时外,其余与工艺1相同。
实施例3:取实施例2所制得的产品5克与0.5升Cr(NO3)3饱和溶液室温混合搅拌8小时后,充分洗涤至中性,过滤,100℃干燥4小时,使水份小于0.5%,即可制得含铬的酸化碳管。
实施例4:除使用的溶液为Co(NO3)2,其余与实施例3相同。
实施例5:除将多壁纳米碳管更改为活性碳外,其余与实施例2相同。
表1为实施例1-4的光电子能谱的数据。
 实施例1   碳与氧的摩尔比=93.27∶6.73
 实施例2   碳与氧的摩尔比=85.95∶14.95
 实施例3   碳、氧与铬的摩尔比=50.95∶37.22∶11.83
 实施例4   碳、氧与钴的摩尔比=60.34∶28.79∶10.87
实施例6:取用实施例1制得的催化剂10g,分别与2mol苯酚、2.2mol溴化钾混合,加入4升99.5%的冰醋酸和2.2mol、30%的过氧化氢,在室温下剧烈搅拌,反应12小时后过滤,洗涤,用饱和碳酸氢钠溶液中和多余的醋酸,并用乙醚萃取有机相,再用无水硫酸镁干燥,最后蒸发乙醚溶剂,即可得到溴代的苯酚。
实施例7:除使用的催化剂为实施例2所得的产品外,其余与实施例6相同。
实施例8:除使用的催化剂为实施例3所得的产品外,其余与实施例6相同。
实施例9:除使用的催化剂为实施例4所得的产品外,其余与实施例6相同。
实施例10:除使用的催化剂为实施例5所得的产品外,其余与实施例6相同。
检测方法:分别称取邻溴代苯酚标准品、对溴代苯酚标准品、工艺7所制的产品适量,用无水甲醇∶水=1∶1(体积比)溶解,制成待测溶液,用高效液相色谱法检测,波长254nm,流动相为无水甲醇∶水=1∶1(体积比)。
转化率为实际得到的溴代苯酚与理论得到的溴代苯酚重量比,实际得到的溴代苯酚包括邻位溴代苯酚及对位溴代苯酚。
选择性为对位溴代苯酚与邻位溴代苯酚的重量比。
表2:
  转化率(%)   选择性(对/邻)
  实施例6   88.7   2.51
  实施例7   90.2   3.00
  实施例8   89.0   2.90
  实施例9   88.2   2.85
  实施例10   58.1   2.40
实施例11:除催化剂的用量为100克外,其余与实施例6相同。
实施例12:除催化剂的用量为80克外,其余与实施例6相同。
实施例13:除催化剂的用量为60克外,其余与实施例6相同。
实施例14:除催化剂的用量为40克外,其余与实施例6相同。
实施例15:除催化剂的用量为20克外,其余与实施例6相同。
实施例16:除催化剂的用量为5克外,其余与实施例6相同。
表3
  催化剂用量   转化率(%)   选择性(对/邻)
  实施例11   76.7   2.33
  实施例12   75.3   2.35
  实施例13   73.6   2.44
  实施例14   74.7   2.89
  实施例15   73.3   2.51
  实施例16   75.7   2.59
在催化剂用量较低时,也能实现本发明。
实施例17:将按实施例16所用的催化剂连续按实施例16使用三次,每次分别测量转化率及选择性,结果为表4。
表4
  催化剂使用次数   转化率(%)   选择性(对/邻)
  第一次   75.7   2.59
  第二次   72.8   2.39
  第三次   70.1   2.36
结果显示,重复多次使用催化剂后,其催化活性下降幅度不大。

Claims (2)

1、一种用于苯酚溴代的催化剂的制备方法,所述的催化剂为酸化纳米碳管,酸化纳米碳管中氧与碳的摩尔比为1∶1.5-15,所述酸化纳米碳管的制备方法为:将纳米碳管用重量浓度大于50%的硝酸和重量浓度为98%的硫酸的混合溶液酸化5-24小时后,用水洗至中性烘干即可,其特征在于:重量浓度为98%硫酸与重量浓度大于50%的硝酸的体积比为2-4∶1。
2、根据权利要求1所述一种用于苯酚溴代的催化剂的制备方法,其特征在于:所述的纳米碳管为多壁纳米碳管。
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