CN102500418A - 磁性双齿亚胺钯配体催化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
磁性双齿亚胺钯配体催化剂及其制备方法,本发明涉及Suzuki反的应催化剂及其制备方法。本发明要解决现有钯配体催化剂在Suzuki反应中难以回收的问题。本发明的磁性双齿亚胺钯配体催化剂的结构式为:方法:将Fe3O4加入到硅烷偶联剂溶液中,加热搅拌,再经滤、干燥,得到表面含有环氧键的Fe3O4,然后将其加入到双齿亚胺配体与碱的乙醇溶液中,升温反应,经过滤得到双齿亚胺配体固载的Fe3O4;然后再将钯源加入到双齿亚胺配体固载的Fe3O4的悬浮液中,升温反应,再过滤、干燥得到磁性双齿亚胺钯配体催化剂。本催化剂可在外加磁场下分离,催化剂重复使用7次活性无明显降低,可用作Suzuki反应催化剂。
Description
技术领域
本发明涉及Suzuki反应催化剂及其制备方法。
背景技术
1981年,Suzuki等人首次报道了苯基硼酸与芳基卤代物在钯催化下形成交叉偶联产物,此反应被命名为Suzuki反应。此反应开辟了绿色化学新的道路,现在已经广泛用于液晶材料合成、生物医药、有机功能材料等方面。但是均相催化剂不易回收,容易污染产物,并且增加合成成本,污染环境,而传统非均相催化剂在过滤回收时催化剂易损失,并且操作复杂,这些缺点限制了Suzuki反应的广泛应用。
发明内容
本发明是要解决现有钯配体催化剂在Suzuki反应中难以回收的问题,而提供磁性双齿亚胺钯配体催化剂的制备方法。
本发明的磁性双齿亚胺钯配体催化剂的结构式为:
上述的磁性双齿亚胺钯配体催化剂的制备方法按以下步骤进行:
一、表面含有环氧键的Fe3O4的制备:a、按硅烷偶联剂KH560与乙醇的体积比为1∶3~6将硅烷偶联剂HK560加入到乙醇中,然后再加入盐酸调节pH值为5~6,得到酸化的硅烷偶联剂KH560乙醇溶液;b、在惰性气体保护下,按Fe3O4与酸化的硅烷偶联剂KH560乙醇溶液的质量体积比为1g∶8mL~10mL将Fe3O4加入到酸化的硅烷偶联剂KH560乙醇溶液中,加热至70℃~80℃并搅拌3h~4h,然后减压抽滤、真空干燥后,得到表面含有环氧键的Fe3O4;
二、双齿亚胺配体固载的Fe3O4的制备:按双齿亚胺配体与碱的摩尔比为1∶2~2.4、双齿亚胺配体与乙醇的质量体积比为1g∶30mL~50mL、双齿亚胺配体与表面含有环氧键的Fe3O4的质量比为1∶1~8称取双齿亚胺配体、碱、乙醇和步骤一制备的表面含有环氧键的Fe3O4,先将双齿亚胺配体与碱溶于乙醇中,搅拌均匀后,加入表面含有环氧键的Fe3O4,然后在惰性气体保护下,升温至60℃~70℃并搅拌3h~6h,然后减压抽滤,再将固相物在在索氏提取器中洗24h,得到双齿亚胺配体固载的Fe3O4;其中步骤二中的双齿亚胺配体为其中R1为H、CH3、或Ph;R2为H或OH;
三、磁性双齿亚胺钯配体催化剂的制备:按双齿亚胺配体固载的Fe3O4与甲醇的质量体积比为1g∶20mL~30mL、双齿亚胺配体固载的Fe3O4与钯源的比为1g∶10μmol~40μmol的比例称取双齿亚胺配体固载的Fe3O4、甲醇和钯源,先将双齿亚胺配体固载的Fe3O4加入到甲醇中,搅拌均匀,得到悬浮液;然后在惰性气体保护下,将钯源加入到悬浮液中,升温至40℃~70℃并搅拌回流3h~6h,再冷却至室温,再将经减压抽滤后得到的固相物放入索氏抽提器洗涤,真空干燥后,得到磁性双齿亚胺钯配体催化剂。
本发明的制备磁性双齿亚胺钯配体催化剂的反应式如下:
本发明将钯配合到含有双齿亚胺配体的超顺磁性纳米Fe3O4表面,因此整个含钯催化剂具有超顺磁性,在外加磁场下可以被磁化,因此催化剂在外加磁场作用下具有磁性,当外加磁场撤去后磁性消失,凭此特性本催化剂可以在外加磁场下与反应体系分离,操作简单,催化剂不易损失,可以实现催化剂在外加磁场下的反应体系中回收。此催化剂用于Suzuki反应中,催化剂重复使用7次活性无明显降低。
本发明的磁性双齿亚胺钯配体催化剂可用于Suzuki反应。
附图说明
图1是试验一制备的磁性双齿亚胺钯配体催化剂与四氧化三铁的红外吸收光谱图,其中a为试验一制备的磁性双齿亚胺钯配体催化剂的红外吸收光谱,b为四氧化三铁的红外吸收光谱。
具体实施方式
具体实施方式一:本实施方式的磁性双齿亚胺钯配体催化剂的结构式为:
本实施方式将钯配合到含有双齿亚胺配体的超顺磁性纳米Fe3O4表面,因此整个含钯催化剂具有超顺磁性,在外加磁场下可以被磁化,因此催化剂在外加磁场作用下具有磁性,当外加磁场撤去后磁性消失,凭此特性本催化剂可以在外加磁场下与反应体系分离,操作简单,催化剂不易损失,可以实现催化剂在外加磁场下载反应体系中回收。此催化剂用于Suzuki反应中,催化剂重复使用7次活性无明显降低。
具体实施方式二:本实施方式的磁性双齿亚胺钯配体催化剂的制备方法按以下步骤进行:
一、表面含有环氧键的Fe3O4的制备:a、按硅烷偶联剂KH560与乙醇的体积比为1∶3~6将硅烷偶联剂HK560加入到乙醇中,然后再加入盐酸调节pH值为5~6,得到酸化的硅烷偶联剂KH560乙醇溶液;b、在惰性气体保护下,按Fe3O4与酸化的硅烷偶联剂KH560乙醇溶液的质量体积比为1g∶8mL~10mL将Fe3O4加入到酸化的硅烷偶联剂KH560乙醇溶液中,加热至70℃~80℃并搅拌3h~4h,然后减压抽滤、真空干燥后,得到表面含有环氧键的Fe3O4;
二、双齿亚胺配体固载的Fe3O4的制备:按双齿亚胺配体与碱的摩尔比为1∶2~2.4、双齿亚胺配体与乙醇的质量体积比为1g∶30mL~50mL、双齿亚胺配体与表面含有环氧键的Fe3O4的质量比为1∶1~8称取双齿亚胺配体、碱、乙醇和步骤一制备的表面含有环氧键的Fe3O4,先将双齿亚胺配体与碱溶于乙醇中,搅拌均匀后,加入表面含有环氧键的Fe3O4,然后在惰性气体保护下,升温至60℃~70℃并搅拌3h~6h,然后减压抽滤,再将固相物在在索氏提取器中洗涤,得到双齿亚胺配体固载的Fe3O4;其中步骤二中的双齿亚胺配体为其中R1为H、CH3、或Ph(Ph为苯基,-C6H5);R2为H或OH;
三、磁性双齿亚胺钯配体催化剂的制备:按双齿亚胺配体固载的Fe3O4与甲醇的质量体积比为1g∶20mL~30mL、双齿亚胺配体固载的Fe3O4与钯源的比为1g∶10μmol~40μmol的比例称取双齿亚胺配体固载的Fe3O4、甲醇和钯源,先将双齿亚胺配体固载的Fe3O4加入到甲醇中,搅拌均匀,得到悬浮液;然后在惰性气体保护下,将钯源加入到悬浮液中,升温至40℃~70℃并搅拌回流3h~6h,再冷却至室温,再将经减压抽滤后得到的固相物放入索氏抽提器洗涤,真空干燥后,得到磁性双齿亚胺钯配体催化剂。
本实施方式中步骤三中的索氏抽提器洗涤为常规操作。
本实施方式的方法将钯配合到含有双齿亚胺配体的超顺磁性纳米Fe3O4表面,因此整个含钯催化剂具有超顺磁性,在外加磁场下可以被磁化,因此催化剂在外加磁场作用下具有磁性,当外加磁场撤去后磁性消失,凭此特性本催化剂可以在外加磁场下与反应体系分离,操作简单,催化剂不易损失,可以实现催化剂在外加磁场下载反应体系中回收。此催化剂用于Suzuki反应中,催化剂重复使用7次活性无明显降低。
具体实施方式三:本实施方式与具体实施方式二不同的是步骤一中的惰性气体为氮气或氩气。其它与具体实施方式二相同。
具体实施方式四:本实施方式与具体实施方式二或三不同的是步骤二中的碱为氢氧化钠。其它与具体实施方式二或三相同。
具体实施方式五:本实施方式与具体实施方式二至四之一不同的是步骤三中的钯源为氯化钯锂或氯化钯。其它与具体实施方式二至四之一相同。
具体实施方式六:本实施方式与具体实施方式二至五之一不同的是步骤一的b中将Fe3O4加入到酸化的硅烷偶联剂KH560乙醇溶液中,加热至72℃~78℃并搅拌3.2h~3.8h。其它与具体实施方式二至五之一相同。
具体实施方式七:本实施方式与具体实施方式二至六之一不同的是步骤二中在惰性气体为氮气或氩气。其它与具体实施方式二至六之一相同。
具体实施方式八:本实施方式与具体实施方式二至七之一不同的是步骤二中在惰性气体保护下,升温至62℃~68℃并搅拌3.5h~5.5h。其它与具体实施方式二至七之一相同。
具体实施方式九:本实施方式与具体实施方式二至八之一不同的是步骤三中在惰性气体为氮气或氩气。其它与具体实施方式二至八之一相同。
具体实施方式十:本实施方式与具体实施方式二至九之一不同的是步骤三中将钯源加入到悬浮液中后,升温至45℃~65℃并搅拌回流3.5h~5.5h。其它与具体实施方式二至九之一相同。
用以下试验验证本发明的有益效果:
试验一:本试验的磁性双齿亚胺钯配体催化剂的制备方法按以下步骤进行:
一、表面含有环氧键的Fe3O4的制备:a、将5mL硅烷偶联剂HK560加入到20mL乙醇中,然后再加入盐酸调节pH值为6,得到酸化的硅烷偶联剂KH560乙醇溶液;b、在氮气保护下,将3g Fe3O4加入到酸化的硅烷偶联剂KH560乙醇溶液中,加热至75℃并搅拌3h,然后减压抽滤、真空干燥后,得到表面含有环氧键的Fe3O4;
二、双齿亚胺配体固载的Fe3O4的制备:称取1g双齿亚胺配体0.25g氢氧化钠、40mL乙醇和4g步骤一制备的表面含有环氧键的Fe3O4,先将双齿亚胺配体与氢氧化钠溶于乙醇中,搅拌均匀后,加入表面含有环氧键的Fe3O4,然后在氮气保护下,升温至65℃并搅拌回流5h,然后减压抽滤,再将固相物在索氏提取器中洗24h,得到双齿亚胺配体固载的Fe3O4;
三、磁性双齿亚胺钯配体催化剂的制备:称取1g步骤二制备的双齿亚胺配体固载的Fe3O4、25mL甲醇和用5mL甲醇溶解的20μmol的Li2PdCl4,先将双齿亚胺配体固载的Fe3O4加入到25mL甲醇中,搅拌均匀,得到悬浮液;然后在氮气保护下,将Li2PdCl4甲醇溶液加入到悬浮液中,升温至50℃并搅拌回流6h,再冷却至室温,将经减压抽滤后得到的固相物放入索氏抽提器洗24h,真空干燥后,得到磁性双齿亚胺钯配体催化剂。
本试验制备的磁性双齿亚胺钯配体催化剂的化学反应式如下:
将本试验制备的磁性双齿亚胺钯配体催化剂与四氧化三铁同时进行红外吸收光谱测试,得到的红外吸收光谱如图1所示,其中a为本试验一制备的磁性双齿亚胺钯配体催化剂红外吸收光谱,b为四氧化三铁的红外吸收光谱;对比a谱、b谱可知,在a谱的1603cm-1处出现C=N特征吸收峰,说明本试验已经成功地将双齿亚胺负载到四氧化三铁表面。
将本试验制备的磁性双齿亚胺钯配体催化剂用于催化芳基硼酸与对溴苯乙酮的反应的步骤如下:
在氮气保护条件下,向三口瓶中加入1mmol芳基硼酸、1.5mmol对溴苯乙酮、2mmol无水碳酸钾、16ml乙醇、8ml水,最后加入本试验制备的含13.5μmolPd的磁性双齿亚胺钯配体催化剂,在70℃水浴锅中加热6h,反应结束后,在外加磁场条件下使催化剂与溶液分离,倾出上层液,得到粗产品,然后重结晶提纯。反应后的催化剂用乙醇洗涤6次,进行下一循环反应。通过高效液相色谱(HPLC)测得反应次数与收率的关系结果如表1:
表1反应次数与收率的关系
由表1看出在经过7次探针循环后,此催化剂催化效率可以保持稳定,无明显降低,可以重复使用。
Claims (10)
2.制备如权利要求1所述的磁性双齿亚胺钯配体催化剂的方法,其特征在于磁性双齿亚胺钯配体催化剂的制备方法按以下步骤进行:
一、表面含有环氧键的Fe3O4的制备:a、按硅烷偶联剂KH560与乙醇的体积比为1∶3~6将硅烷偶联剂HK560加入到乙醇中,然后再加入盐酸调节pH值为5~6,得到酸化的硅烷偶联剂KH560乙醇溶液;b、在惰性气体保护下,按Fe3O4与酸化的硅烷偶联剂KH560乙醇溶液的质量体积比为1g∶8mL~10mL将Fe3O4加入到酸化的硅烷偶联剂KH560乙醇溶液中,加热至70℃~80℃并搅拌3h~4h,然后减压抽滤、真空干燥后,得到表面含有环氧键的Fe3O4;
二、双齿亚胺配体固载的Fe3O4的制备:按双齿亚胺配体与碱的摩尔比为1∶2~2.4、双齿亚胺配体与乙醇的质量体积比为1g∶30mL~50mL、双齿亚胺配体与表面含有环氧键的Fe3O4的质量比为1∶1~8称取双齿亚胺配体、碱、乙醇和步骤一制备的表面含有环氧键的Fe3O4,先将双齿亚胺配体与碱溶于乙醇中,搅拌均匀后,加入表面含有环氧键的Fe3O4,然后在惰性气体保护下,升温至60℃~70℃并搅拌3h~6h,然后减压抽滤,再将固相物在在索氏提取器中洗涤,得到双齿亚胺配体固载的Fe3O4;其中步骤二中的双齿亚胺配体为其中R1为H、CH3或Ph;R2为H或OH;
三、磁性双齿亚胺钯配体催化剂的制备:按双齿亚胺配体固载的Fe3O4与甲醇的质量体积比为1g∶20mL~30mL、双齿亚胺配体固载的Fe3O4与钯源的比为1g∶10μmol~40μmol的比例称取双齿亚胺配体固载的Fe3O4、甲醇和钯源,先将双齿亚胺配体固载的Fe3O4加入到甲醇中,搅拌均匀,得到悬浮液;然后在惰性气体保护下,将钯源加入到悬浮液中,升温至40℃~70℃并搅拌回流3h~6h,再冷却至室温,再将经减压抽滤后得到的固相物放入索氏抽提器洗涤,真空干燥后,得到磁性双齿亚胺钯配体催化剂。
3.根据权利要求2所述的磁性双齿亚胺钯配体催化剂的方法,其特征在于步骤一中的惰性气体为氮气或氩气。
4.根据权利要求2或3所述的磁性双齿亚胺钯配体催化剂的方法,其特征在于步骤二中的碱为氢氧化钠。
5.根据权利要求2或3所述的磁性双齿亚胺钯配体催化剂的方法,其特征在于步骤三中的钯源为氯化钯锂或氯化钯。
6.根据权利要求2或3所述的磁性双齿亚胺钯配体催化剂的方法,其特征在于步骤一的b中将Fe3O4加入到酸化的硅烷偶联剂KH560乙醇溶液中,加热至72℃~78℃并搅拌3.2h~3.8h。
7.根据权利要求2或3所述的磁性双齿亚胺钯配体催化剂的方法,其特征在于步骤二中的惰性气体为氮气或氩气。
8.根据权利要求2或3所述的磁性双齿亚胺钯配体催化剂的方法,其特征在于步骤二中在惰性气体保护下,升温至62℃~68℃并搅拌3.5h~5.5h。
9.根据权利要求2或3所述的磁性双齿亚胺钯配体催化剂的方法,其特征在于步骤三中惰性气体为氮气或氩气。
10.根据权利要求2或3所述的磁性双齿亚胺钯配体催化剂的方法,其特征在于步骤三中将钯源加入到悬浮液中后,升温至45℃~65℃并搅拌回流3.5h~5.5h。
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