CN106902887B - 一种可磁力回收的铜配合物催化剂及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可磁力回收的铜配合物催化剂及其制备方法与应用,包括如下步骤:1)将无水乙醇、去离子水、KH550和纳米四氧化三铁反应,制备Fe3O4SiO2–NH2复合物;2)将Fe3O4SiO2–NH2分散于无水吡啶中,混匀,然后向其中加入1,2,4苯三酸酐溶液、1,4‑二氧六环或丙酮溶液,反应,制得Fe3O4SiO2‑(COOH)2复合物;3)将Fe3O4SiO2‑(COOH)2复合物与高氯酸铜的乙醇水溶液混合,反应,制得Fe3O4SiO2–(COO)2Cu复合物;4)将制备的Fe3O4SiO2–(COO)2Cu复合物分散于7ml甲醇中,然后向其中加入四甲基乙二胺的甲醇溶液,反应制得磁性配合催化剂Fe3O4SiO2–(COO)2CuL。采用该制备方法制备催化剂,操作步骤相对简单,成本低,反应产率高,制备得到的催化剂对不对称Henry反应具有良好的催化性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种可磁力回收的铜配合物催化剂的制备方法,利用此铜配合物做催化剂能在温和条件下对Henry反应进行催化反应。
背景技术
金属铜配合物,作为一类重要的催化剂,由于具有结构的多样性、可控的尺寸、可调节的氧化还原性和吸引人的催化活性而受到人们的广泛关注。基于金属配合物的有机-无机杂化材料的设计和合成是当前研究的热点。这一类材料在具有迷人的结构的同时,还显示出了不同寻常的物理化学性质,例如在材料科学、医学、电磁学、光学和催化等方面的潜在应用。在有机-无机杂化材料中,通过有机配体和金属的自组装、将过渡金属化合物引入到配位化合物中也已经成为了一个非常有意义的研究领域,目的是构筑具有多样催化性能结构的化合物,开发一些潜在的应用价值。目前,一些配合物作为无机-有机杂化材料在一些重要的催化反应体系中作为多相催化剂表现出了一些特殊的优势。其中包括脂的水解、甲醇脱水制备二甲醚和乙苯氧化等催化反应。同时铜催化剂相比于过渡金属Pd,Rh,Ir等贵金属而言,要廉价地多,这也为它更好地在现实生产中得到更多的应用潜能。探索铜配合物的合成,探明金属间及金属与配体间相互作用,开发具有更好催化活性的金属配位材料,无论从配位化学本身或配位催化以及金属酶的化学模拟角度均具有重要的实际意义。
不对称Henry反应(也叫硝基-羟醛缩合反应)是一种经典的构建碳碳键的有机反应。所得产物β-硝基醇含有羟基、硝基双官能团,是重要的有机合成原料或中间体。目前对于不对称Henry反应催化剂的研究有了长足的发展,但是还存在很多的不足,比如催化剂合成困难且昂贵,催化剂可循适用性能差,反应条件比较苛刻等。因此发展高效可循环利用的不对称Henry反应的催化剂是很有必要的。
综上所述,现有技术中对于不对称Henry反应的催化剂合成困难且昂贵,催化剂可循适用性能差,反应条件比较苛刻等问题,尚缺乏有效的解决方法。
发明内容
针对上述现有技术中存在的不对称Henry反应的催化剂合成困难且昂贵,催化剂可循适用性能差,反应条件比较苛刻等问题,本发明提供了一种可磁力回收的铜配合物催化剂的制备方法,包括如下步骤:
1)将无水乙醇、去离子水、KH550和纳米四氧化三铁反应,制备Fe3O4SiO2–NH2复合物;
2)将Fe3O4SiO2–NH2分散于无水吡啶中,混匀,然后向其中加入1,2,4苯三酸酐溶液、1,4-二氧六环或丙酮溶液,反应,制得Fe3O4SiO2-(COOH)2复合物;
3)将Fe3O4SiO2-(COOH)2复合物与高氯酸铜的乙醇水溶液混合,反应,制得Fe3O4SiO2–(COO)2Cu复合物;
4)将制备的Fe3O4SiO2–(COO)2Cu复合物分散于7mL甲醇中,然后向其中加入四甲基乙二胺的甲醇溶液,反应制得磁性配合催化剂Fe3O4SiO2–(COO)2CuL。
采用该制备方法制备催化剂,操作步骤相对简单,成本低,反应产率高,制备得到的催化剂对不对称Henry反应具有良好的催化性能。
进一步的,步骤1)中,无水乙醇、去离子水、KH550和纳米四氧化三铁的质量比为50-60:2.5-3.5:2-3:0.015-0.025。
进一步的,步骤1)中,首先将无水乙醇、去离子水和KH550混合,水解设定时间后,再加入纳米四氧化三铁。
进一步的,步骤2)中,Fe3O4SiO2–NH2、1,2,4苯三酸酐、无水吡啶、1,4-二氧六环或丙酮溶液的用量比为:480-520:700-750:35-45:3-5,mg:mg:mL:mL。
更进一步的,步骤2)中,反应的温度为20-30℃,反应的时间为5-7d。
进一步的,步骤3)中,Fe3O4SiO2–(COOH)2复合物、高氯酸铜和乙醇水溶液的用量比为20-30:30-40:0.8-1.5,g:g:L。
更进一步的,步骤3)中,所述乙醇水溶液中,乙醇与水的体积比为1:1。
更进一步的,步骤3)中,反应的条件为超声反应。
进一步的,步骤3)中,高氯酸铜的制备方法,包括如下步骤:相同物质的量的碳酸铜与高氯酸反应,经过蒸发浓缩结晶,制得高氯酸铜。
进一步的,步骤4)中,Fe3O4SiO2–(COO)2Cu复合物与四甲基乙二胺的质量比为80-120:15-25。
为了解决上述现有技术中存在的技术问题,本发明还提供了利用上述制备方法制备得到的可磁力回收的铜配合物催化剂。
本发明中还提供了上述可磁力回收的铜配合物催化剂在催化不对称Henry反应中的应用。
本发明还提供了上述可磁力回收的铜配合物催化剂催化不对称Henry反应的方法,包括如下步骤:将三乙胺、苯甲醛、硝基甲烷和所述铜配合物催化剂与反应溶剂混合,搅拌反应,即得;苯甲醛、硝基甲烷、铜配合物催化剂、三乙胺和反应溶剂的用量比为:15-25:25-35:0.1-0.2:4-6:25-35,g:g:g:mL:mL。
本发明的有益效果为:
1)采用该制备方法制备催化剂,操作步骤相对简单,成本低,反应产率高,制备得到的催化剂对不对称Henry反应具有良好的催化性能。
2)制备得到的催化剂可以磁力回收再循环利用,延长了催化剂的使用寿命,降低了催化不对称Henry反应的成本。
3)制备得到的催化剂的催化活性相对较好,催化反应的条件较为简单,而且不会对环境产生污染。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解,本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请,并不构成对本申请的不当限定。
图1可磁力回收铜配合物催化剂红外光谱图;
图2磁性可回收铜配合物催化剂Fe3O4SiO2–(COO)2CuL高倍投射电镜图;
图3是1-苯基-2-硝基乙醇产物的1H-NMR分析图谱。
具体实施方式
应该指出,以下详细说明都是例示性的,旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明,本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
实施例1
首先取用硝酸铜在一个250mL的大烧杯中,加入80mL水,再取用碳酸钠,(使硝酸铜和碳酸钠的物质的量之比在1:1-1:2)于一个100mL的小烧杯中,加入80mL水,搅拌使两者都充分溶解,然后用恒压滴液漏斗向其中慢慢滴加碳酸钠,蓝色的硝酸铜溶液里就出现了绿色的碳酸铜沉淀物。将制得的碳酸铜加入一100mL小烧杯中,然后加入20mL的水,然后滴加高氯酸,当反应不再有气泡放出,溶液中不再有固体存在,此时生成的蓝色溶液就是高氯酸铜的水溶液,把水蒸发掉就得到高氯酸铜的晶体。
量取5mL 0.2moL/L的FeCL3溶液加入三口圆底烧瓶并通氮气保护,量取5mL0.11moL/L的FeCL2溶液加入三口圆底烧瓶,量取20mL去离子水加入三口圆底烧瓶,室温下采用机械充分搅拌。当溶液搅拌充分,向混合溶液中滴加氨水(25%),这时溶液中立刻出现黑色沉淀,表明了磁性纳米四氧化三铁的形成。黑色悬浮溶液继续以恒定的搅拌速度搅拌20分钟,然后离心分离并用去离子水多次冲洗直至其pH值达到7。之后制备的纳米粒子用乙醇冲洗两次,移除乙醇后放入真空干燥箱真空干燥24小时,最后将干燥的纳米材料放入研钵内研细收集备用。
称取54g无水乙醇,加入3g去离子水,再用小烧杯加入2.38g KH550,在小烧杯中水解10min左右,加入制备好的纳米四氧化三铁中,强力搅拌反应4h,制得包裹后的四氧化三铁。
称取500mg Fe3O4SiO2NH2分散于40mL无水吡啶(dry pyridine)中,超声震荡30分钟,将2mL溶有737mg 1,2,4苯三酸酐和4mL 1,4-二氧六环(或丙酮)的溶液滴加至吡啶铁颗粒溶液中,25℃反应6天,制得Fe3O4SiO2-(COOH)2复合物。
称取制备好的Fe3O4SiO2–(COOH)2粒子240mg,370mg自制的高氯酸铜分散于10mL乙醇和水的混合溶液中(醇水比=1:1),超声震荡30分钟。混合物搅拌一夜后再超声15分钟,制得Fe3O4SiO2–(COO)2Cu复合物。
将制备好的Fe3O4SiO2–(COO)2Cu粒子100mg分散于7mL甲醇中,超声震荡30分钟。称取21mg四甲基乙二胺(L)溶于甲醇中混合均匀,然后与Fe3O4SiO2–(COO)2Cu粒子溶液混合,25度下搅拌反应24小时后得到磁性配合催化剂Fe3O4SiO2–(COO)2CuL。
由图1可以看出图谱在564cm-1处出现磁性载体Fe3O4的Fe–O键吸收峰。990cm-1处吸收峰属于Si–O–Fe基团非对称价振动。在1594cm-1处出现了吸收峰,代表了Cu–N的存在,吸收带1650cm-1处代表C=O的价键振动,非对称价振动吸收峰1710cm-1的出现表明了–COO–基团的存在,同时说明了酸是以它的盐的形式存在的。3344cm-1处(–NH3 +)非对称价振动吸收峰的出现,说明这种情况下是铵盐。说明了四甲基乙二胺与Fe3O4SiO2–(COO)2Cu已成功配位。图2是自制Fe3O4SiO2–(COO)2CuL催化剂放大10万倍的TEM图;从该TEM图可以看到,自制的Fe3O4SiO2–(COO)2CuL催化剂表面已经成功包裹上有机物,颗粒平均直径在10nm左右。
取30mL甲醇加入250mL三口圆底烧瓶作为反应溶剂,分别量取5mL三乙胺,20g苯甲醛与30g硝基甲烷以及0.15g自制的磁性含铜配合物催化剂依次放入烧瓶中。机械搅拌(700rpm)室温下反应24小时。然后对催化剂磁性分离得产物混合液,对混合液进行跑板对所得产物经红外光谱分析,气相色谱分析,1H-NMR分析进行定性和定量分析。
从图3中可以看到,强质子峰出现在δ=7.47-7.33(m,5H,Ar-H),5.43-5.36(m,1H,CH),4.54-4.47(m,2H,CH2NO2),和3.05(br,1H,OH)处。核磁数据分析结果与文献报道的1-苯基-2-硝基乙醇分析结果相吻合。气相色谱分析结果表明该反应体系中,反应基质苯甲醛转化率为100%,产物1-苯基-2-硝基乙醇的选择性达到93.6%以上。
实施例2
首先取用硝酸铜在一个250mL的大烧杯中,加入80mL水,再取用碳酸钠,(使硝酸铜和碳酸钠的物质的量之比在1:1-1:2)于一个100mL的小烧杯中,加入80mL水,搅拌使两者都充分溶解,然后用恒压滴液漏斗向其中慢慢滴加碳酸钠,蓝色的硝酸铜溶液里就出现了绿色的碳酸铜沉淀物。将制得的碳酸铜加入一100mL小烧杯中,然后加入20mL的水,然后滴加高氯酸,当反应不再有气泡放出,溶液中不再有固体存在,此时生成的蓝色溶液就是高氯酸铜的水溶液,把水蒸发掉就得到高氯酸铜的晶体。
量取5mL 0.2moL/L的FeCL3溶液加入三口圆底烧瓶并通氮气保护,量取5mL0.11moL/L的FeCL2溶液加入三口圆底烧瓶,量取20mL去离子水加入三口圆底烧瓶,室温下采用机械充分搅拌。当溶液搅拌充分,向混合溶液中滴加氨水(25%),这时溶液中立刻出现黑色沉淀,表明了磁性纳米四氧化三铁的形成。黑色悬浮溶液继续以恒定的搅拌速度搅拌20分钟,然后离心分离并用去离子水多次冲洗直至其pH值达到7。之后制备的纳米粒子用乙醇冲洗两次,移除乙醇后放入真空干燥箱真空干燥24小时,最后将干燥的纳米材料放入研钵内研细收集备用。
称取60g无水乙醇,加入3.5g去离子水,再用小烧杯加入2g KH550,在小烧杯中水解10min左右,加入制备好的纳米四氧化三铁中,强力搅拌反应4h,制得包裹后的四氧化三铁。
称取480mg Fe3O4SiO2NH2分散于35mL无水吡啶(dry pyridine)中,超声震荡30分钟,将2mL溶有750mg 1,2,4苯三酸酐和4mL 1,4-二氧六环(或丙酮)的溶液滴加至吡啶铁颗粒溶液中,25℃反应6天,制得Fe3O4SiO2-(COOH)2复合物。
称取制备好的Fe3O4SiO2–(COOH)2粒子270mg,340mg自制的高氯酸铜分散于10mL乙醇和水的混合溶液中(醇水比=1:1),超声震荡30分钟。混合物搅拌一夜后再超声15分钟,制得Fe3O4SiO2–(COO)2Cu复合物。
将制备好的Fe3O4SiO2–(COO)2Cu粒子120mg分散于7mL甲醇中,超声震荡30分钟。称取25mg四甲基乙二胺(L)溶于甲醇中混合均匀,然后与Fe3O4SiO2–(COO)2Cu粒子溶液混合,25℃下搅拌反应24小时后得到磁性配合催化剂Fe3O4SiO2–(COO)2CuL。
取30mL甲醇加入250mL三口圆底烧瓶作为反应溶剂,分别量取5mL三乙胺,20g苯甲醛与30g硝基甲烷以及0.2g自制的磁性含铜配合物催化剂依次放入烧瓶中。反应温度控制在-10℃,机械搅拌(700rpm)下反应24小时。然后对催化剂磁性分离得产物混合液,对混合液进行跑板对所得产物经红外光谱分析,气相色谱分析,1H-NMR分析进行定性和定量分析。经分析测得反应产率高达96.8%。
实施例3
首先取用硝酸铜在一个250mL的大烧杯中,加入80mL水,再取用碳酸钠,(使硝酸铜和碳酸钠的物质的量之比在1:1-1:2)于一个100mL的小烧杯中,加入80mL水,搅拌使两者都充分溶解,然后用恒压滴液漏斗向其中慢慢滴加碳酸钠,蓝色的硝酸铜溶液里就出现了绿色的碳酸铜沉淀物。将制得的碳酸铜加入一100mL小烧杯中,然后加入20mL的水,然后滴加高氯酸,当反应不再有气泡放出,溶液中不再有固体存在,此时生成的蓝色溶液就是高氯酸铜的水溶液,把水蒸发掉就得到高氯酸铜的晶体。
量取5mL 0.2moL/L的FeCL3溶液加入三口圆底烧瓶并通氮气保护,量取5mL0.11moL/L的FeCL2溶液加入三口圆底烧瓶,量取20mL去离子水加入三口圆底烧瓶,室温下采用机械充分搅拌。当溶液搅拌充分,向混合溶液中滴加氨水(25%),这时溶液中立刻出现黑色沉淀,表明了磁性纳米四氧化三铁的形成。黑色悬浮溶液继续以恒定的搅拌速度搅拌20分钟,然后离心分离并用去离子水多次冲洗直至其PH值达到7。之后制备的纳米粒子用乙醇冲洗两次,移除乙醇后放入真空干燥箱真空干燥24小时,最后将干燥的纳米材料放入研钵内研细收集备用。
称取50g无水乙醇,加入2.5g去离子水,再用小烧杯加入2g KH550,在小烧杯中水解10min左右,加入制备好的纳米四氧化三铁中,强力搅拌反应4h,制得包裹后的四氧化三铁。
称取500mg Fe3O4SiO2NH2分散于40mL无水吡啶(dry pyridine)中,超声震荡30分钟,将2mL溶有737mg 1,2,4苯三酸酐和4mL 1,4-二氧六环的溶液滴加至吡啶铁颗粒溶液中,25度反应6天,制得Fe3O4SiO2-(COOH)2复合物。
称取制备好的Fe3O4SiO2–(COOH)2粒子200mg,300mg自制的高氯酸铜分散于10mL乙醇和水的混合溶液中(醇水比=1:1),超声震荡30分钟。混合物搅拌一夜后再超声15分钟,制得Fe3O4SiO2–(COO)2Cu复合物。
将制备好的Fe3O4SiO2–(COO)2Cu粒子80mg分散于7mL甲醇中,超声震荡30分钟。称取21mg四甲基乙二胺(L)溶于甲醇中混合均匀,然后与Fe3O4SiO2–(COO)2Cu粒子溶液混合,30℃下搅拌反应24小时后得到磁性配合催化剂Fe3O4SiO2–(COO)2CuL。
取30mL甲醇加入250mL三口圆底烧瓶作为反应溶剂,分别量取5mL三乙胺,20g苯甲醛与30g硝基甲烷以及0.1g自制的磁性含铜配合物催化剂依次放入烧瓶中。反应温度控制在60℃,机械搅拌(700rpm)下反应24小时。然后对催化剂磁性分离得产物混合液,对混合液进行跑板对所得产物经红外光谱分析,气相色谱分析,1H-NMR分析进行定性和定量分析。经分析测得反应产率高达92.9%。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述,但并非对发明保护范围的限制,所属领域技术人员应该明白,在本发明的技术方案的基础上,本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种可磁力回收的铜配合物催化剂的制备方法,其特征在于:包括如下步骤:
1)将无水乙醇、去离子水、KH550和纳米四氧化三铁反应,制备Fe3O4SiO2–NH2复合物,无水乙醇、去离子水、KH550和纳米四氧化三铁的质量比为50-60:2.5-3.5:2-3:0.015-0.025;
2)将Fe3O4SiO2–NH2分散于无水吡啶中,混匀,然后向其中加入1,2,4苯三酸酐溶液、1,4-二氧六环或丙酮溶液,反应,制得Fe3O4SiO2-(COOH)2复合物,Fe3O4SiO2–NH2、1,2,4苯三酸酐、无水吡啶、1,4-二氧六环或丙酮溶液的用量比为:480-520:700-750:35-45:3-5,mg:mg:mL:mL;
3)将Fe3O4SiO2-(COOH)2复合物与高氯酸铜的乙醇水溶液混合,反应,制得Fe3O4SiO2–(COO)2Cu复合物,Fe3O4SiO2–(COOH)2复合物、高氯酸铜和乙醇水溶液的用量比为20-30:30-40:0.8-1.5,g:g:L;
4)将制备的Fe3O4SiO2–(COO)2Cu复合物分散于7mL甲醇中,然后向其中加入四甲基乙二胺的甲醇溶液,反应制得磁性配合催化剂Fe3O4SiO2–(COO)2CuL,Fe3O4SiO2–(COO)2Cu复合物与四甲基乙二胺的质量比为80-120:15-25。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:步骤1)中,首先将无水乙醇、去离子水和KH550混合,水解设定时间后,再加入纳米四氧化三铁。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:步骤3)中,高氯酸铜的制备方法,包括如下步骤:相同物质的量的碳酸铜与高氯酸反应,经过蒸发浓缩结晶,制得高氯酸铜。
4.利用权利要求1-3任一所述制备方法制备得到的可磁力回收的铜配合物催化剂。
5.权利要求4所述可磁力回收的铜配合物催化剂在催化不对称Henry反应中的应用。
6.利用权利要求5所述可磁力回收的铜配合物催化剂催化不对称Henry反应的方法,其特征在于:包括如下步骤:将三乙胺、苯甲醛、硝基甲烷和所述铜配合物催化剂与反应溶剂混合,搅拌反应,即得;苯甲醛、硝基甲烷、铜配合物催化剂、三乙胺和反应溶剂的用量比为:15-25:25-35:0.1-0.2:4-6:25-35,g:g:g:mL:mL。
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