CN108620115A - 一种三元金属介孔催化剂及其制备方法和用途 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种三元金属介孔催化剂及其制备方法和用途，所述制备方法包括步骤：(a)制备含锌介孔分子筛，(b)制备三元金属介孔催化剂。其通过结构形态、活性金属等的共同作用，而具有良好的催化效果，可用于四氮唑类化合物的合成中，且具有良好的循环稳定性，在四氮唑类化合物的合成领域中具有广阔的应用前景和研究价值。

Description

一种三元金属介孔催化剂及其制备方法和用途
技术领域
本发明涉及一种催化剂，更特别地涉及一种三元金属介孔催化剂及其制备方法和用途，属于催化剂技术领域。
背景技术
四氮唑类化合物是含有四个氮原子的五元杂环化合物，含氮量高，具有良好的稳定性。四唑环可作为羧基的生物电子等排体，在改善化合物的生物活性及药代动力学方面起着重要作用。四氮唑类化合物作为一类重要的中间体，被广泛应用于多种药物的合成。因此，四氮唑骨架的合成是一个非常重要的研究方向。
四氮唑类衍生物具有诸如抗菌、抗病毒、抗炎、抗肿瘤等多种生物活性。例如，德国拜耳公司开发的药物3'-(5-氨基-1,2,3,4-四唑-1-基)-3'-脱氧胸腺嘧啶核苷及其衍生物具有抗HIV活性(见Habich，D.Synthesis，1992，4，p.358-360)。
另外，沙坦类药物多含有四氮唑单元，四氮唑环的合成是沙坦类药物合成的关键。坎地沙坦酯(candesartan cilexetil)，是一种化学结构独特、口服有效的高选择性血管紧张素II型受体拮抗剂类抗高血压药，由日本武田公司和瑞典阿斯特拉公司共同开发，于1997年11月首次在瑞典上市，商品名为Atacand。在中国申请号为00135191.5的发明中，在DMF溶剂中用三丁基叠氮锡做叠氮试剂，120-130℃回流反应40h，得到四氮唑产物产率为67.1％。在中国申请号为201310039937.5的发明中，用叠氮化钠为叠氮试剂，氯化铵为催化剂，在135-140℃下反应24h，四氮唑产物产率为63.5％。但上述方法中，反应时间长，四氮唑产物产率较低，副产物含量高，给后处理分离带来繁琐操作，而且反应试剂毒性大，对环境造成污染。
磷酸泰地唑利是可用于治疗由敏感性细菌引起的急性细菌性皮肤和皮肤结构感染的抗感染药物泰地唑利磷酸盐，该药物已经于2014年6月20日获美国食品药品管理局批准上市，后又于2015年3月获得欧洲药品管理局批准上市，商品名：Sivextro。2-甲基-5-(5-溴吡啶-2-基)四氮唑是其合成的重要中间体，其还可用于合成农药、抗菌剂等领域。
现有技术中，CN102177156A和CN104892592A均公开了2-甲基-5-(5-溴吡啶-2-基)四氮唑的制备方法，以5-溴-2-氰基吡啶、氯化铵及叠氮钠为起始原料进行反应制得，但是制备方法繁琐，反应时间长，收率低，只有30％多。
5-苯基-1H-四氮唑也是常见的四氮唑类化合物，可用于新一代头孢菌类抗生素的合成，其中间体在合成抗真菌药物方面具有广泛的用途。现有的生产路线通常是以苯甲腈和叠氮化钠为主要原料，在DMF、DMSO等有机溶剂中，以胺或铵盐为催化剂，通过环加成法合成得到，但是，生产过程反应时间长，转化温度高，叠氮化钠易分解，容易生成有毒气体叠氮酸，安全性差，且大量使用有机溶剂，产生的废水难以生化处理。
总的来说，在现有技术中，四氮唑类衍生物通常用烷基金属叠氮化合物与氰基的偶极环加成，而后在酸性条件下脱除烷基金属，形成四氮唑环。具体地，可举例以下：
CN1718574A公开了一种四氮唑类化合物的化学合成方法，包括以下顺序步骤：(1)三氟甲磺酸锌作催化剂，将腈与叠氮化钠在上述的溶液A中于50-100℃下反应得反应液；(2)将步骤(1)所得反应液加酸中和，过滤得滤饼为产物，滤液为溶液B，直接用作步骤(1)所述的溶液A。但是，三氟甲磺酸锌作催化剂安全性差，在重复使用过程中，催化剂三氟甲磺酸锌水溶液体系中盐分的存在和积累会严重影响其催化效果，造成收率明显下降等缺点。
CN105481786A公开了一种5-苯基四氮唑的合成方法，通过绿色催化合成，将苯甲腈和叠氮化钠及一定量的催化剂加入三口烧瓶中，再加入溶剂，机械搅拌下升温至60-180℃，保温反应；然后冷却，抽滤回收催化剂，滤液减压蒸馏回收溶剂，用质量浓度为10％的盐酸调节残留液pH值至2-3，析出粗产品，重结晶，干燥得5-苯基四氮唑。所述催化剂为酸性活性白土或酸性离子交换树脂中的一种。通过该方法合成的产品，仍然需要较高的反应温度和反应时间。
现有技术中，虽然通过改进催化剂等提升了苯基四氮唑类衍生物的产率，例如，Zachary P.Demko等采用锌盐作为催化剂，以纯水为溶剂，在加热的条件下得到四氮唑类化合物。但是，对于吡啶基四氮唑类衍生物，其产率仍然相当低，不足30％(崔军军等,《现代生物医学进展》，Vol.12NO.18)。此外，此方法要求的反应温度较高(通常高于130-140℃)。高温条件下，反应的原料叠氮化物等在高热和剧烈震动的时候容易爆炸，存在较大的操作危险性，并且不利于工业化生产。
另外，在现有技术中，当四氮唑类化合物以氯化铵或者四丁基氯化铵作为催化剂或试剂进行合成时，在叠氮化合物存在下，高温加热时容易产生易升华的易爆物质叠氮胺(NH4N3)，且叠氮化物在高温条件下会在反应过程中产生大量的叠氮基副产物，影响反应的进行及后处理，不符合绿色化学所提倡的安全高效理念。
如上所述，目前四氮唑类化合物的合成方法中，主要使用的催化剂为三氟甲磺酸锌、各种胺或者铵盐、酸性活性白土、酸性离子交换树脂、无机锌盐等，这些催化剂存在诸多的缺点：1、产物产率较低；2、通常容易生成爆性的叠氮胺；3、反应时间较长，效率较低；4、通常需要高温高压，操作危险性较高。
因此，对于制备四氮唑化合物的新型催化剂，仍存在继续研究的必要和实际需求。
发明内容
为克服现有技术中制备四氮唑类化合物所使用的催化剂的上述诸多缺陷，本发明提供了一种用于制备四氮唑类化合物的新型催化剂，即一种三元金属介孔催化剂，通过使用该催化剂，可以在制备四氮唑化合物时，具有工艺简单、反应条件温和、反应时间大大缩短且能高产率得到目的产物的诸多优点，而且该催化剂具有良好的循环稳定性，为四氮唑类化合物的合成提供了更为简单高效的合成方法。
具体而言，本发明的第一个技术方案为：一种三元金属介孔催化剂的制备方法，所述制备方法包括如下制备步骤：
(a)制备含锌介孔分子筛
将硅酸钠和十六烷基三甲基溴化铵分别配制成浓度均为1mol/L的水溶液，然后在磁力搅拌下按硅酸钠和十六烷基三甲基溴化铵的摩尔比为10:2-3的比例将上述两溶液进行搅拌混合，直至得到澄清溶液，调节澄清溶液的pH值至7-8，继续搅拌10-20分钟形成硅凝胶；
将浓度为1mol/L的氯化锌水溶液缓慢滴入所述硅凝胶中，并继续搅拌10-15分钟，得到混合凝胶，其中硅酸钠与氯化锌的摩尔比为100:5-10；调节混合凝胶的pH值至9-10，然后室温下继续搅拌1-2小时；
将所述混合凝胶转入内衬聚四氟乙烯的高压釜中，120-150℃下水热反应12-16小时，反应结束后使其自然冷却至室温；将产物过滤、洗涤至中性，在室温条件下干燥，得到白色粉末状的分子筛原粉前驱体；
将所述分子筛原粉前驱体置于马弗炉中，自室温开始以2-3℃/分钟的程序升温速率升温至450-500℃，并在该温度下焙烧4-5小时，得到含锌介孔分子筛；
(b)制备三元金属介孔催化剂
在带有回流冷凝管的反应釜中，按重量份计，加入100份所述含锌介孔分子筛、10-20份溴化亚铜、5-10份的三正丁基氯化锡或三甲基氯化锡，在适量异丙醇中加热搅拌回流反应5-10小时，反应结束后抽滤得到沉淀，用去离子水充分洗涤并真空干燥，即得所述三元金属介孔催化剂。
其中，在步骤(a)中，调节澄清溶液的pH值和调节混合凝胶的pH值可以使用适量的酸或碱进行调节，本领域技术人员在阅读本发明后可根据实际情况进行合适选择，在此不再进行详细描述。
其中，在步骤(b)中，异丙醇的用量并没有特定的限定，可根据反应的需求而进行合适的确定。
本发明的第二个技术方案为：根据上述制备方法得到的三元金属介孔催化剂。
所述三元金属介孔催化剂通过独特的制备方法，使得在介孔材料上负载了三种金属，这三种金属相互协同，可用于四氮唑类化合物的制备之中，并具有良好的产物产率效果。
此外，所述三元金属介孔催化剂配合特定溶剂和促进剂的使用，可以低温、短时、高产率得到目的产物。
而且，该三元金属介孔催化剂具有优异的循环稳定性，可以重复使用多次，仍具有优异的催化性能。
本发明的第三个技术方案为：所述三元金属介孔催化剂用于四氮唑类化合物的制备中的用途。
其中，所述四氮唑类化合物的制备具体如下：以混合溶剂作溶剂介质，叠氮化物与氰基化合物在所述三元金属介孔催化剂和促进剂存在下进行催化反应，而得到四氮唑类化合物，反应式如下：
其中，R1选自H，卤素，C1-C6烷基，C1-C6烷氧基，卤素取代的C1-C6烷基，卤素取代的C1-C6烷氧基，氨基，硝基，酰氨基，苯基，被C1-C4烷基、C1-C4烷氧基或卤素中的任意一种所取代的苯基，未取代的C4-C10杂芳基，被C1-C6烷基或卤素取代的C4-C10杂芳基；X为N或CH。
其中，所述C1-C6烷基是指具有1-6个碳原子的烷基，例如可为甲基、乙基、所有的丙基(正丙基、异丙基)、所有的丁基(正丁基、仲丁基、异丁基、叔丁基)、所有的戊基(例如正戊基、异戊基等)、所有的己基(如正己基)等。
所述C1-C6烷氧基则是指上述定义的C1-C6烷基与O原子相连后的基团。
所述卤素为氟、氯、溴或碘，优选为氟、氯或溴。
其中，所述C4-C10杂芳基为本领域常见的含N、O、S等杂原子的、具有4-10个碳原子的杂芳基，例如，包括但不限于：呋喃基、噻吩基、吡咯基、噁唑基、噻唑基、咪唑基、异噁唑基、异噻唑基、吡唑基、苯并呋喃基、吲哚基、异吲哚基、吡喃基、吡啶基、吡嗪基、嘧啶基、哒嗪基、喹啉基、异喹啉基、喹喔啉基、喹唑啉基、吖啶基、吩嗪基、三唑基、四唑基、噻二唑、吡咯烷基、四氢咪唑基、四氢吡唑基、哌啶基、吗啉基、哌嗪基等。
更进一步地，所述四氮唑类化合物的制备方法包括以下步骤：
(1)制备三元金属介孔催化剂
根据上述步骤(a)-(b)而得到三元金属介孔催化剂；
(2)反应预处理
室温下，将氰基化合物与所述三元金属介孔催化剂加入到混合溶剂中，加热至30-50℃，充分搅拌，得到预处理原料液；其中，所述混合溶剂中含有至少60％体积的乙二醇；
(3)成环反应
向所述预处理原料液中加入叠氮化物，搅拌至溶解，再加入促进剂，在搅拌条件下于60-90℃反应2-6小时，TLC检测反应过程至结束；
(4)后处理，得到四氮唑类化合物。
其中，所述步骤(2)中，所述三元金属介孔催化剂的质量用量为氰基化合物质量的6-12％，进一步为8-10％。
其中，所述步骤(2)中，例如示例性地，所述氰基化合物可为如下的任意一种化合物：
其中，所述步骤(2)中，所述混合溶剂由乙二醇与溶剂A组成，所述的溶剂A为丙酮或水，优选为丙酮。
其中，所述混合溶剂中，所述乙二醇的体积比为60-80％。
其中，所述混合溶剂的用量可以根据实际情况进行合适选择和确定，而没有特别的严格限定。
其中，所述步骤(3)中，所述叠氮化物为叠氮化锌、叠氮化铝、三丁基叠氮化锡或叠氮基三甲基硅烷中的任意一种，优选为叠氮化锌或叠氮基三甲基硅烷。
其中，所述步骤(3)中，所述叠氮化物的摩尔量为氰基化合物摩尔量的1-3倍。
其中，所述步骤(3)中，所述促进剂选自三乙胺盐酸盐、三乙胺乙酸盐或三乙胺硫酸盐中的任意一种，最优选为三乙胺乙酸盐；所述促进剂的摩尔量为氰基化合物摩尔量的1-10％，进一步为4-6％。
其中，所述步骤(4)中，所述后处理具体为：反应结束后，过滤回收催化剂，并将其充分用去离子水洗涤至洗出液为中性，将过滤催化剂后得到的反应液体系调节pH值至2-3，用乙酸乙酯萃取两次，合并有机相，减压蒸馏，残余物中加入摩尔浓度为0.5mol/L的氢氧化钠水溶液，搅拌10-30分钟，减压过滤，除去少量沉淀，将滤液调节pH值至2-3，0-5℃静置，将完全析出的白色沉淀过滤，滤饼用去离子水洗涤2-3次，真空干燥完全，即得到所述四氮唑类化合物。
而且，在进行完步骤(4)后，可以根据需要继续对产物采用有机溶剂重结晶或硅胶柱层析进一步纯化精制，以得到纯度更高的产物。
本发明的有益效果包括但不限于如下方面：
1.所述三元金属介孔催化剂，配合特定复合溶剂，使合成四氮唑化合物时的反应温度由现有技术中的140-190℃降低到90℃以下，反应时间也由现有技术的至少20个小时有了大幅度的缩短，提高了反应效率。
2.所述三元金属介孔催化剂在反应中显示出良好的反应速率、产物产率高等优点，降低了后处理步骤操作难度。
3.所述三元金属介孔催化剂配合使用醇类溶剂，效果优良，价格低廉，容易回收利用；避免了现有技术需使用氯化铵或四丁基氯化铵相转移催化剂，减少了叠氮胺的形成，适合工业大规模生产。
4.所述三元金属介孔催化剂配合使用叠氮化物更适合四氮唑类化合物的成环反应，避免了使用热不稳定性的反应物叠氮化钠带来的爆炸性等危险，提升了反应安全性。
5.所述三元金属介孔催化剂配合使用特定的促进剂，显著促进了反应的进行，尤其是在降低反应温度的条件下仍能促进反应正向进行，使得反应可在温和的反应条件下进行，降低了副反应的发生。
6.所述三元金属介孔催化剂的使用，相比较单独使用溴化锌或氯化锌等单组分催化剂，由于催化体系的高比表面积、纳米级规则介孔通道和动态吸附能力，使得反应速率高、选择性好，催化剂容易回收利用；另外，促进剂的使用也显著降低了催化剂的用量(现有技术中锌盐催化剂的使用量基本与原料摩尔当量相同)，而且负载型催化剂也大大降低了后处理难度，且由于介孔催化剂材料的高比表面积及吸附性，通过对杂质的吸附，还提升了产品色泽品质。
7.通过使用所述三元金属介孔催化剂、特定溶剂和促进剂等的综合催化反应体系，使得四氮唑类化合物的制备方法具有温和的反应条件，减小了反应毒性和污染；避免了氯化铵类物质的使用，有效地降低了叠氮杂质等副产物产率，产物的产率提高至90％以上。
综上，通过使用所述三元金属介孔催化剂、特定溶剂和促进剂等的综合催化反应体系，相比传统的四氮唑合成方法，本发明的四氮唑合成方法大大提高了反应效率(大大缩短了反应时间)，简化了后处理过程，在保证产率的基础上降低了反应温度。克服了参与反应的叠氮原料在高热和剧烈搅拌的时候易爆性及副反应的发生，大大降低了操作危险性，利于工业化大规模生产，在工业和科研上具有良好的应用价值和潜力。
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明进行详细说明，但这些例举性实施方式的用途和目的仅用来例举本发明，并非对本发明的实际保护范围构成任何形式的任何限定，更非将本发明的保护范围局限于此。
实施例1：制备三元金属介孔催化剂
(a)制备含锌介孔分子筛：
将硅酸钠和十六烷基三甲基溴化铵分别配制成浓度均为1mol/L的水溶液，然后在磁力搅拌下按硅酸钠和十六烷基三甲基溴化铵的摩尔比为10:2的比例将上述两溶液进行搅拌混合，直至得到澄清溶液，调节澄清溶液的pH值至8，继续搅拌10分钟形成硅凝胶；
将浓度为1mol/L的氯化锌水溶液缓慢滴入所述硅凝胶中，并继续搅拌10分钟，得到混合凝胶，其中硅酸钠与氯化锌的摩尔比为100:10；调节混合凝胶的pH值至9，然后室温下继续搅拌2小时；
将所述混合凝胶转入内衬聚四氟乙烯的高压釜中，120℃下水热反应16小时，反应结束后使其自然冷却至室温；将产物过滤、洗涤至中性，在室温条件下干燥，得到白色粉末状的分子筛原粉前驱体；
将所述分子筛原粉前驱体置于马弗炉中，自室温开始以2℃/分钟的程序升温速率升温至450℃，并在该温度下焙烧5小时，得到含锌介孔分子筛；
(b)制备三元金属介孔催化剂
在带有回流冷凝管的反应釜中，按重量份计，加入100份所述含锌介孔分子筛、10份溴化亚铜、10份的三正丁基氯化锡，在适量异丙醇中加热搅拌回流反应5小时，反应结束后抽滤得到沉淀，用去离子水充分洗涤并真空干燥，即得三元金属介孔催化剂，将其命名为催化剂A。
实施例2:制备三元金属介孔催化剂
(a)制备含锌介孔分子筛：
将硅酸钠和十六烷基三甲基溴化铵分别配制成浓度均为1mol/L的水溶液，然后在磁力搅拌下按硅酸钠和十六烷基三甲基溴化铵的摩尔比为10:3的比例将上述两溶液进行搅拌混合，直至得到澄清溶液，调节澄清溶液的pH值至7，继续搅拌20分钟形成硅凝胶；
将浓度为1mol/L的氯化锌水溶液缓慢滴入所述硅凝胶中，并继续搅拌15分钟，得到混合凝胶，其中硅酸钠与氯化锌的摩尔比为100:5；调节混合凝胶的pH值至10，然后室温下继续搅拌1小时；
将所述混合凝胶转入内衬聚四氟乙烯的高压釜中，150℃下水热反应12小时，反应结束后使其自然冷却至室温；将产物过滤、洗涤至中性，在室温条件下干燥，得到白色粉末状的分子筛原粉前驱体；
将所述分子筛原粉前驱体置于马弗炉中，自室温开始以3℃/分钟的程序升温速率升温至500℃，并在该温度下焙烧4小时，得到含锌介孔分子筛；
(b)制备三元金属介孔催化剂
在带有回流冷凝管的反应釜中，按重量份计，加入100份所述含锌介孔分子筛、20份溴化亚铜、5份的三甲基氯化锡，在适量异丙醇中加热搅拌回流反应10小时，反应结束后抽滤得到沉淀，用去离子水充分洗涤并真空干燥，即得三元金属介孔催化剂，将其命名为催化剂B。
制备例1
(1)实施实施例1，得到催化剂A；
(2)反应预处理
室温下，向装有搅拌器、回流冷凝管、温度计的反应器所容纳的适量混合溶剂(为乙二醇-丙酮混合溶剂，其中乙二醇体积比为60％)中，加入100mmol 4-氯苯腈和催化剂A(为4-氯苯腈质量的6％)，加热至30℃，充分搅拌，得到预处理原料液；
(3)成环反应
向所述预处理原料液中加入100mmol叠氮化锌，搅拌至溶解，再加入10mmol三乙胺乙酸盐，在搅拌条件下于60℃反应6小时，TLC检测反应过程至结束；
(4)后处理，得到四氮唑类化合物
反应结束后，过滤回收催化剂，并将其充分用去离子水洗涤至洗出液为中性，将过滤催化剂后得到的反应液体系调节pH值至2，用乙酸乙酯萃取两次，合并有机相，减压蒸馏，残余物中加入摩尔浓度为0.5mol/L的氢氧化钠水溶液，搅拌30分钟，减压过滤，除去少量沉淀，将滤液调节pH值至2，0-5℃下静置，将完全析出的白色沉淀过滤，滤饼用去离子水洗涤2次，真空干燥完全，得到为白色固体的5-(4-氯苯基)-1H-四氮唑，产率为97.8％，HPLC纯度为98.3％。
1H NMR(d6-DMSO,300MHz)：δ12.14(m,1H),8.14(d,J＝8.5Hz,2H),7.75(d,J＝8.5Hz,2H)。
制备例2
(1)实施实施例2，得到催化剂B；
(2)反应预处理
室温下，向装有搅拌器、回流冷凝管、温度计的反应器所容纳的适量混合溶剂(为乙二醇-丙酮混合溶剂，其中乙二醇体积比为70％)中，加入100mmol 2-氰基吡啶和催化剂B(为2-氰基吡啶质量的12％)，加热至50℃，充分搅拌，得到预处理原料液；
(3)成环反应
向所述预处理原料液中加入300mmol叠氮基三甲基硅烷，搅拌至溶解，再加入1mmol三乙胺乙酸盐，在搅拌条件下于90℃反应2小时，TLC检测反应过程至结束；
(4)后处理，得到四氮唑类化合物
反应结束后，过滤回收催化剂，并将其充分用去离子水洗涤至洗出液为中性，将过滤催化剂后得到的反应液体系调节pH值至3，用乙酸乙酯萃取两次，合并有机相，减压蒸馏，残余物中加入摩尔浓度为0.5mol/L的氢氧化钠水溶液，搅拌10分钟，减压过滤，除去少量沉淀，将滤液调节pH值至3，0-5℃下静置，将完全析出的白色沉淀过滤，滤饼用去离子水洗涤3次，真空干燥完全，得到为白色固体的产物5-(吡啶-2-基)-1H-四氮唑，产率为98.2％，HPLC纯度为97.5％。
1H NMR(d6-DMSO,300MHz)：δ12.02(m,1H),8.80(d,J＝5.1Hz,1H),8.26(m,1H),8.19(d,J＝8.3Hz,1H),7.67(m,1H)。
制备例3
(1)实施实施例1，得到催化剂A；
(2)反应预处理
室温下，向装有搅拌器、回流冷凝管、温度计的反应器所容纳的适量混合溶剂(为乙二醇-丙酮混合溶剂，其中乙二醇体积比为80％)中，加入100mmol 5-苯基-2-氰基吡啶和催化剂A(为5-苯基-2-氰基吡啶质量的9％)，加热至40℃，充分搅拌，得到预处理原料液；
(3)成环反应
向所述预处理原料液中加入200mmol三丁基叠氮化锡，搅拌至溶解，再加入5.5mmol三乙胺乙酸盐，在搅拌条件下于75℃反应4小时，TLC检测反应过程至结束；
(4)后处理，得到四氮唑类化合物
反应结束后，过滤回收催化剂，并将其充分用去离子水洗涤至洗出液为中性，将过滤催化剂后得到的反应液体系调节pH值至3，用乙酸乙酯萃取两次，合并有机相，减压蒸馏，残余物中加入摩尔浓度为0.5mol/L的氢氧化钠水溶液，搅拌20分钟，减压过滤，除去少量沉淀，将滤液调节pH值至2，0-5℃下静置，将完全析出的白色沉淀过滤，滤饼用去离子水洗涤2次，真空干燥完全，得到为白色固体的产物5-(5-苯基吡啶-2-基)-1H-四氮唑，产率为97.2％，HPLC纯度为97.8％。
1H NMR(d6-DMSO,400MHz):δ11.87(m,1H),9.02(s,1H),8.35(d,J＝8.1Hz,1H),8.21(d,J＝8.1Hz,1H),7.77(d,J＝7.5Hz,2H),7.56-7.45(m,2H),7.41(t,J＝7.4Hz,1H)。
对比组1
除分别将制备例1-3步骤(1)中的催化剂替换为相同用量的相应锌化合物(即相应制备例步骤(a)中的氯化锌)、相应溴化亚铜和相应锡化合物(即制备例1中为三正丁基氯化锡，制备例2中为三甲基氯化锡)的混合物外，其它均完全相同，重复操作制备例1-3，也即仅仅使用了相应三元金属组份的混合物，而非本发明得到的独特形态的介孔催化剂。
发现各自的产物产率依次为81.4％、71.8％和78.3％，由此可见，本发明的独特形态催化剂可以取得优异的技术效果。
对比组2
除分别将制备例1-3步骤(1)中的各自催化剂省略掉溴化亚铜外，其它均完全相同，重复操作制备例1-3，也即所用介孔催化剂中不包含溴化亚铜组份。
发现各自的产物产率依次为90.8％、87.5％和85.3％，由此可见，其中溴化亚铜的存在，可以显著改善反应效果。
对比组3
除分别将制备例1-3步骤(1)中的各自催化剂省略掉相应的锡化合物外(即催化剂A不包含三正丁基氯化锡、催化剂A不包含三甲基氯化锡)，其它均完全相同，重复操作制备例1-3，也即所用介孔催化剂中不包含锡化合物。
发现各自的产物产率依次为84.9％、82.7％和81.6％，由此可见，其中三正丁基氯化锡或三甲基氯化锡的存在，同样地可显著改善反应效果。
综合上述对比组1-3的数据可见，该三元金属介孔催化剂的优异催化效果的取得，依赖于多个要素的综合协同，例如介孔结构形态、溴化亚铜和锡化合物的存在，而当缺少任何一个要素时，都将导致产率有显著的降低。
对比组4
除分别省略掉制备例1-3步骤(3)中的三乙胺乙酸盐外(即不使用任何促进剂)，其它均完全相同，重复操作制备例1-3。
发现各自的产物产率依次为88.6％、87.4％和86.9％，由此可见，促进剂三乙胺乙酸盐的存在，能够显著改善反应效果。
对比组5-6
对比组5：除将制备例1-3步骤(3)中的三乙胺乙酸盐替换为三乙胺盐酸盐外，其它均完全相同，重复操作制备例1-3。发现各自的产物产率依次为92.2％、91.7％和90.3％。
对比组6：除将制备例1-3步骤(3)中的三乙胺乙酸盐替换为三乙胺硫酸盐外，其它均完全相同，重复操作制备例1-3。发现各自的产物产率依次为90.5％、91.1％和88.7％。
由此可见，三乙胺乙酸盐的改善效果要显著优于三乙胺盐酸盐和三乙胺硫酸盐。
对比组7-8
对比组7：除分别将制备例1-3步骤(2)中的丙酮替换为相同用量的水外，其它均完全相同，重复操作制备例1-3。
发现各自的产物产率依次为92.1％、91.4％和90.2％。由此可见，混合溶剂优选为乙二醇与丙酮的混合物。
对比组8：除分别将制备例1-3步骤(2)中的混合溶剂替换为单一溶剂乙二醇外，其它均完全相同，重复操作制备例1-3。
发现各自的产物产率依次为85.7％、86.4％和83.1％。由此可见，乙二醇与丙酮的混合溶剂之效果要显著优于单一溶剂乙二醇。
三元金属介孔催化剂的循环稳定性测试
以制备例1为例，在步骤(4)中反应结束后，过滤回收催化剂，并将其充分用去离子水洗涤至洗出液为中性，然后真空干燥完全，将其循环操作该制备例1(所有工艺步骤和参数均不变)，分别测量循环10次、30次和60次后的产物产率和纯度，结果见下表1，为了方便对比，一并列出第1次时的产物产率和纯度(即制备例1中的产率与纯度)。
表1
可见，本发明的三元金属介孔催化剂具有非常优异的循环稳定性，即便是在循环60次时，产物产率仍高达92.6％，纯度仍高达93.7％，具有良好的重复使用性和催化性能稳定性。
综上所述，本发明提供了一种新型的三元金属介孔催化剂及其制备方法和用途，所述催化剂通过结构形态、活性金属等的共同作用，从而可用于四氮唑类化合物的合成中，并可以取得优异的产物产率和纯度，且通过与促进剂、溶剂等的协同效果，可以取得低温、短时等诸多优异的技术效果，而且具有良好的循环稳定性，在四氮唑类化合物的合成领域中具有广阔的应用前景和研究价值。
应当理解，这些实施例的用途仅用于说明本发明而非意欲限制本发明的保护范围。此外，也应理解，在阅读了本发明的技术内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动、修改和/或变型，所有的这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种三元金属介孔催化剂的制备方法，所述制备方法包括如下制备步骤：
(a)制备含锌介孔分子筛
将硅酸钠和十六烷基三甲基溴化铵分别配制成浓度均为1mol/L的水溶液，然后在磁力搅拌下按硅酸钠和十六烷基三甲基溴化铵的摩尔比为10:2-3的比例将上述两溶液进行搅拌混合，直至得到澄清溶液，调节澄清溶液的pH值至7-8，继续搅拌10-20分钟形成硅凝胶；
将浓度为1mol/L的氯化锌水溶液缓慢滴入所述硅凝胶中，并继续搅拌10-15分钟，得到混合凝胶，其中硅酸钠与氯化锌的摩尔比为100:5-10；调节混合凝胶的pH值至9-10，然后室温下继续搅拌1-2小时；
将所述混合凝胶转入内衬聚四氟乙烯的高压釜中，120-150℃下水热反应12-16小时，反应结束后使其自然冷却至室温；将产物过滤、洗涤至中性，在室温条件下干燥，得到白色粉末状的分子筛原粉前驱体；
将所述分子筛原粉前驱体置于马弗炉中，自室温开始以2-3℃/分钟的程序升温速率升温至450-500℃，并在该温度下焙烧4-5小时，得到含锌介孔分子筛；
(b)制备三元金属介孔催化剂
在带有回流冷凝管的反应釜中，按重量份计，加入100份所述含锌介孔分子筛、10-20份溴化亚铜、5-10份的三正丁基氯化锡或三甲基氯化锡，在适量异丙醇中加热搅拌回流反应5-10小时，反应结束后抽滤得到沉淀，用去离子水充分洗涤并真空干燥，即得所述三元金属介孔催化剂。
2.根据权利要求1所述的制备方法制备得到的三元金属介孔催化剂。
3.权利要求2所述三元金属介孔催化剂用于四氮唑类化合物的制备中的用途。
4.如权利要求3所述的用途，其特征在于：所述四氮唑类化合物的制备具体如下：以混合溶剂作溶剂介质，叠氮化物与氰基化合物在所述三元金属介孔催化剂和促进剂存在下进行催化反应，而得到四氮唑类化合物，反应式如下
其中，R1选自H，卤素，C1-C6烷基，C1-C6烷氧基，卤素取代的C1-C6烷基，卤素取代的C1-C6烷氧基，氨基，硝基，酰氨基，苯基，被C1-C4烷基、C1-C4烷氧基或卤素中的任意一种所取代的苯基，未取代的C4-C10杂芳基，被C1-C6烷基或卤素取代的C4-C10杂芳基；X为N或CH。
5.如权利要求3或4所述的用途，其特征在于：所述四氮唑类化合物的制备包括如下步骤：
(1)制备三元金属介孔催化剂
根据权利要求1的制备方法得到三元金属介孔催化剂；
(2)反应预处理
室温下，将氰基化合物与所述三元金属介孔催化剂加入到混合溶剂中，加热至30-50℃，充分搅拌，得到预处理原料液；其中，所述混合溶剂中含有至少60％体积的乙二醇；
(3)成环反应
向所述预处理原料液中加入叠氮化物，搅拌至溶解，再加入促进剂，在搅拌条件下于60-90℃反应2-6小时，TLC检测反应过程至结束；
(4)后处理，得到四氮唑类化合物。
6.如权利要求5所述的用途，其特征在于：所述步骤(2)中，所述三元金属介孔催化剂的质量用量为氰基化合物质量的6-12％。
7.如权利要求5或6所述的用途，其特征在于：所述步骤(2)中，所述混合溶剂由乙二醇与溶剂A组成，所述的溶剂A为丙酮或水，优选为丙酮。
8.根据权利要求5-7任一项所述的用途，其特征在于：所述混合溶剂中，所述乙二醇的体积比为60-80％。
9.根据权利要求5-8任一项所述的方法，其特征在于：所述步骤(3)中，所述叠氮化物为叠氮化锌、叠氮化铝、三丁基叠氮化锡或叠氮基三甲基硅烷中的任意一种，优选为叠氮化锌或叠氮基三甲基硅烷。
10.根据权利要求5-9任一项所述的方法，其特征在于：所述步骤(3)中，所述叠氮化物的摩尔量为氰基化合物摩尔量的1-3倍。
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