CN106582832A - 用于曲坦类药物中间体合成中芳香硝基还原的催化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于曲坦类药物中间体合成中芳香硝基还原的催化剂，所述催化剂以活性组分金属Ni及Pd组成的合金纳米粒子，以聚乙烯亚胺功能化石墨烯为载体构成的NixPd1‑x@PEI‑GNs复合纳米催化剂，是以硼氢化钠为还原剂，共还原活性金属Ni和Pd的前驱体以及载体聚乙烯亚胺功能化石墨烯而得。本发明的复合纳米催化剂采用共还原方法制备，操作简便，可靠性高，对于芳香硝基还原具有优异的催化性能，能完全催化芳香硝基还原成芳香氨基，芳香硝基化合物的转化率为99.9％。本发明制备的催化剂还可以实现多次重复使用，是一种廉价、高效、易回收、环保的适用于规模化工业生产的催化剂。
Description
技术领域
本发明涉及药物中间体合成所用催化剂，具体地指一种用于曲坦类药物中间体合成中芳香硝基还原的催化剂及其制备方法。
背景技术
偏头痛是一种常见的慢性多发病，全世界每年大约有15％～18％的女性和6％～9％的男性出现偏头痛。随着对偏头痛发病机理的不断深入了解，已开发出5-HT1H/1D受体激动剂(即曲坦类药物)作为偏头痛急性发作的有效治疗药，这一类药物的成功开发，为治疗偏头痛开创了新途径。
对位取代苯肼盐酸盐是合成曲坦类药物原料药的关键中间体，技术路线是以取代苯为起始原料经过硝化、磺化、氯化、氨解、还原硝基、重氮化、还原制备肼等多步反应得到目标产物。其中，芳香硝基化合物的还原以钯炭为催化剂常压加氢还原法、铁粉还原法、活性碳-氯化铁-水合肼还原法较为常见。钯炭为催化剂常压加氢还原法要求高成本和高设备；铁粉还原法会产生金属污染问题；活性碳-氯化铁-水合肼还原法存在催化剂容易结球和悬浮导致转化率低产品纯度不高。
因此，寻找一种催化效率高，可以实现多次重复使用，制备工艺简单，环保的适用于规模化工业生产的催化剂进行芳香硝基的还原是必需的。
发明内容
本发明的目的就是要克服现有技术所存在的不足，提供一种用于曲坦类药物中间体合成中芳香硝基还原的催化剂及其制备方法。
为实现上述目的，本发明所设计用于曲坦类药物中间体合成中芳香硝基还原的催化剂，所述催化剂以活性组分金属Ni及Pd组成的合金纳米粒子，以聚乙烯亚胺功能化石墨烯为载体构成的NixPd1-x@PEI-GNs复合纳米催化剂，是以硼氢化钠为还原剂，共还原活性金属Ni和Pd的前驱体以及载体聚乙烯亚胺功能化石墨烯而得。
上述用于曲坦类药物中间体合成中芳香硝基还原的催化剂的制备方法，采用一锅法共还原制备，具体包括以下步骤：
1)在5mL水中加入20mg表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)及5～20mg聚乙烯亚胺功能化石墨烯(PEI-GNs)并充分搅拌均匀；
2)向步骤1)加入活性金属Ni和Pd的前驱体盐进行搅拌并超声20分钟，其中Ni和Pd的摩尔比为0.11～9.0，所述活性金属Ni的前驱体盐为氯化镍、硝酸镍或硫酸镍，所述活性金属Pd的前驱体盐为四氯合钯酸钾或六氯合钯酸钾；
3)向步骤2)得到的反应溶液中加入还原剂NaBH4，并剧烈搅拌反应30分钟；
4)将步骤3)得到的反应液进行离心、洗涤、干燥得到不同负载量的NixPd1-x@PEI-GNs复合纳米催化剂。
本发明制备方法的步骤2)中，加入活性金属Ni和Pd的前驱体盐的总量为0.1mol(即Ni+Pd＝0.1mol)。
本发明制备方法的步骤3)中，所用还原剂NaBH4的量为20～40mg。
本发明制备方法的步骤4)中，所得NixPd1-x@PEI-GNs复合纳米催化剂中x＝0.1～0.9。
本发明所得到的催化剂为聚乙烯亚胺功能化石墨烯(PEI-GNs)为载体以及NiPd为合金的NiPd@PEI-GNs复合纳米催化剂，是一种黑色粉末状物质。
本发明的有益效果在于：本发明的复合纳米催化剂采用共还原方法制备，操作简便，可靠性高，对于芳香硝基还原具有优异的催化性能。在制备方法中添加表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)有助于得到高度分散且粒径均匀的合金纳米粒子，载体与合金之间存在的相互协调作用进一步提高了催化剂的催化性能。
与简单的无载体合金纳米催化剂相比，其催化活性和稳定性都得到很大程度的提高。本发明的复合纳米催化剂表现出非常优异的催化性能，经测试，在室温下1小时内能完全催化芳香硝基还原成芳香氨基，芳香硝基化合物的转化率为99.9％。
本发明制备的催化剂还可以实现多次重复使用，是一种廉价、高效、易回收、环保的适用于规模化工业生产的催化剂，特别适用于曲坦类药物中间体合成中芳香硝基的还原。
附图说明
图1为Ni0.6Pd0.4@PEI-GNs复合纳米催化剂的透射电镜图。
图2为Ni0.6Pd0.4@PEI-GNs复合纳米催化剂的扫描电镜图。
图3为Ni0.6Pd0.4@PEI-GNs在343K下催化芳香硝基还原产物的液相色谱监测报告。
具体实施方式
为了更好地解释本发明，以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，但它们不对本发明构成限定。
实施例1：
1)在5mL水中加入20mg聚乙烯吡咯烷酮(PVP)及10mg聚乙烯亚胺功能化石墨烯(PEI-GNs)并充分搅拌均匀；
2)向步骤(1)中加入0.09mol氯化镍及0.01mol四氯合钯酸钾进行搅拌并超声20分钟；
3)向步骤2)得到的反应溶液中加入20mg硼氢化钠(NaBH4)并剧烈搅拌反应30分钟。
4)向步骤3)得到的反应液进行离心、洗涤、干燥得到Ni0.9Pd0.1@PEI-GNs复合纳米催化剂。
实施例2：
将实施例1中步骤2)改为加入0.08mol硝酸镍及0.02mol四氯合钯酸钾进行搅拌并超声20分钟。
其它的步骤同实施例1，得到Ni0.8Pd0.2@PEI-GNs复合纳米催化剂。
实施例3：
将实施例1中步骤2)改为加入0.07mol硫酸镍及0.03mol四氯合钯酸钾进行搅拌并超声20分钟。
其它的步骤同实施例1，得到Ni0.7Pd0.3@PEI-GNs复合纳米催化剂。
实施例4：
将实施例1中步骤2)改为加入0.06mol氯化镍及0.04mol六氯合钯酸钾进行搅拌并超声20分钟。
其它的步骤同实施例1，得到Ni0.6Pd0.4@PEI-GNs复合纳米催化剂。Ni0.6Pd0.4@PEI-GNs复合纳米催化剂的透射电镜如图1所示，扫描电镜如图2所示，结果表明催化剂均匀分散在PEI-GNs的表面。Ni0.6Pd0.4@PEI-GNs在343K下催化芳香硝基还原产物的液相色谱监测报告如图3所示，分析结果如表1所示；结果表明复合纳米催化剂具有很好的催化效果，这与催化剂的良好分散性和PEI-GNs良好的导电性有关。
表1 分析结果
实施例5:
将实施例1中步骤2)改为加入0.05mol硝酸镍及0.05mol六氯合钯酸钾进行搅拌并超声20分钟。
其它的步骤同实施例1，得到Ni0.5Pd0.5@PEI-GNs复合纳米催化剂。
实施例6：
将实施例1中步骤2)改为加入0.04mol硫酸镍及0.06mol六氯合钯酸钾进行搅拌并超声20分钟。
其它的步骤同实施例1，得到Ni0.4Pd0.6@PEI-GNs复合纳米催化剂。
实施例7：
将实施例1中步骤2)改为加入0.03mol硫酸镍及0.07mol六氯合钯酸钾进行搅拌并超声20分钟。
其它的步骤同实施例1，得到Ni0.3Pd0.7@PEI-GNs复合纳米催化剂。
实施例8：
将实施例1中步骤2)改为加入0.02mol硝酸镍及0.08mol四氯合钯酸钾进行搅拌并超声20分钟。其它的步骤同实施例1，得到Ni0.2Pd0.8@PEI-GNs复合纳米催化剂。
实施例9：
将实施例1中步骤2)改为加入0.01mol氯化镍及0.09mol四氯合钯酸钾进行搅拌并超声20分钟。
其它的步骤同实施例1，得到Ni0.1Pd0.9@PEI-GNs复合纳米催化剂。
测试催化剂性能
采用实施例1～9所得的催化剂NiPd@PEI-GNs催化芳香硝基还原，具体操作如下：
将对硝基苯甲酰胺(8.3g，0.05mol)加入由100mL异丙醇和50mL四氢呋喃配制的混合液，加入0.4g实施例1～9所得的NiPd@PEI-GNs催化剂，在70℃搅拌保持微沸腾下滴加80％水合肼(7.4g，0.125mol)，30min滴加完后保持回流3h，用液相色谱检测对硝基苯甲酰胺中芳香硝基还原成芳香氨基的转化率，如表2所示。
表2 实施例1～9所得的催化剂性能
循环使用性能测试
采用实施例4所得的复合纳米催化剂Ni6Pd4@PEI-GNs在343K下进行循环使用性能测试，循环测试2次后，转化率仍然达到94.7％，表明本发明所合成的复合纳米催化剂具有很好的循环使用性。
Claims (5)
1.一种用于曲坦类药物中间体合成中芳香硝基还原的催化剂，其特征在于：所述催化剂以活性组分金属Ni及Pd组成的合金纳米粒子，以聚乙烯亚胺功能化石墨烯为载体构成的NixPd1-x@PEI-GNs复合纳米催化剂，是以硼氢化钠为还原剂，共还原活性金属Ni和Pd的前驱体以及载体聚乙烯亚胺功能化石墨烯而得。
2.一种根据权利要求1所述用于曲坦类药物中间体合成中芳香硝基还原的催化剂的制备方法，其特征在于：采用一锅法共还原制备，具体包括以下步骤：
1)在5mL水中加入20mg表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮及5～20mg聚乙烯亚胺功能化石墨烯并充分搅拌均匀；
2)向步骤1)加入活性金属Ni和Pd的前驱体盐进行搅拌并超声20分钟，其中Ni和Pd的摩尔比为0.11～9.0，所述活性金属Ni的前驱体盐为氯化镍、硝酸镍或硫酸镍，所述活性金属Pd的前驱体盐为四氯合钯酸钾或六氯合钯酸钾；
3)向步骤2)得到的反应溶液中加入还原剂NaBH4，并剧烈搅拌反应30分钟；
4)将步骤3)得到的反应液进行离心、洗涤、干燥得到不同负载量的NixPd1-x@PEI-GNs复合纳米催化剂。
3.根据权利要求2所述用于曲坦类药物中间体合成中芳香硝基还原的催化剂的制备方法，其特征在于：步骤2)中，加入活性金属Ni和Pd的前驱体盐的总量为0.1mol。
4.根据权利要求2所述用于曲坦类药物中间体合成中芳香硝基还原的催化剂的制备方法，其特征在于：步骤3)中，所用还原剂NaBH4的量为20～40mg。
5.根据权利要求2所述用于曲坦类药物中间体合成中芳香硝基还原的催化剂的制备方法，其特征在于：步骤4)中，所得NixPd1-x@PEI-GNs复合纳米催化剂中x＝0.1～0.9。
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