CN112724064A - 一种利用改性有序介孔碳负载金属催化剂制备5,6-二羟基吲哚的方法 - Google Patents

一种利用改性有序介孔碳负载金属催化剂制备5,6-二羟基吲哚的方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于有机合成技术领域，公开了一种利用改性有序介孔碳负载金属催化剂制备5,6‑二羟基吲哚的方法。本发明以酚醛树脂为碳源，聚醚F127为软模板，制备有序介孔碳负载金属材料作为催化剂，在3,4‑二甲氧基苯胺和乙二醇的反应中体现了较高的催化活性及较好的稳定性。本发明所制备的催化剂对于避免活性组分的团聚和剥离以及提高反应催化活性和使用寿命都具有显著地效果。本发明原料易得，成本低，产物为白色粉体，产物纯度达98.3％，反应中乙二醇转换率接近60％，5,6‑二甲氧基吲哚地选择性达85％以上，最终5,6‑二羟基吲哚收率可达81％以上。

Description

一种利用改性有序介孔碳负载金属催化剂制备5,6-二羟基吲 哚的方法
技术领域
本发明属于有机合成技术领域，特别涉及一种利用改性有序介孔碳负载金属催化剂制备5,6-二羟基吲哚的方法。
背景技术
5,6-二羟基吲哚是黑素原的重要中间体，最早发现于自然界的一种植物之中。纯净的5,6-二羟基吲哚为无色针状晶体，熔点为140℃，溶于热水，不溶于石油醚；结晶状态下很稳定，但在微碱溶液中则很快氧化成类似黑色素的物质。由于它对人体皮肤刺激小，在一些洗化用品中被用来取代常用的苯胺类化合物(具有致癌、致畸性、过敏的不良影响)作为成黑色活性成分，如日本美源的染发剂就用它作为主要活性成分之一。它也是一种很好的抗氧剂，还可作为合成一些氨基酸、生物碱、色胺的中间体。近年来，随着精细化学品新品种的发展，5,6-二羟基吲哚的用途也不断出新。国内有不少单位进行了该产品的合成研究，但尚未有批量供应的报道。根据现有文献报道，其合成方法主要有以下几种：
一种方法是以胡椒醛、香兰素，二羟基苯甲醛等苯环上含有两个相邻羟基或保护的羟基的苯甲醛类化合物作为初始原料，以羟基的保护、缩合以及硝化形成中间体，然后在经过去除保护基的反应得到最终的产品5,6-二羟基吲哚。如下方反应方程式可知，采用胡椒醛为原料可以减少步骤，省去了引入羟基保护基团的反应，但是该原料有急剧毒性，操作难度很大。同时，胡椒醛是易制毒物料，受公安部门管制，进行实验不可行。而且该路线中的硝化反应时间很长，往往需要达到30小时以上的反应时间，缩合反应之后的中间产品需要柱层析分离，实际操作比较困难。
Figure BDA0002871935650000021
以胡椒醛为原料的合成路线
另一种方法是先将3,4-二甲氧基苯乙腈脱甲基，得到中间产物3,4-二羟基苯乙腈；然后通过和苄氯反应得到3,4-二苄氧基苯乙腈以对羟基进行保护；保护后的中间物硝化得到2-硝基-3,4-二苄氧基苯乙腈；然后通过环化反应得到3,4-二苄氧基吲哚，最后脱去苄氧基保护得到产物5,6-二羟基吲哚。这种方法的收率较高，可以达到80％以上，但是实验的时间较长，而且反应步骤繁琐，不适合运用到工艺大生产之中。
Figure BDA0002871935650000022
以苯乙氰类为原料的合成路线
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺点与不足，本发明的目的在于提供一种利用改性有序介孔碳负载金属催化剂制备5,6-二羟基吲哚的方法。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种利用改性有序介孔碳负载金属催化剂制备5,6-二羟基吲哚的方法，按照以下操作步骤：
(1)将聚醚F127与间苯二酚加入至乙醇水溶液中，在室温下，搅拌至完全溶解；再加入溶有金属硝酸盐的乙醇水溶液，在室温下搅拌2～5h；
(2)加入37wt％的甲醛溶液和0.1mol/L盐酸，控制混合液的pH为2～5，继续搅拌后溶液分为上下两层，将此分层后的溶液在室温下静置老化；
(3)弃去上清液，将下层粘稠的溶胶在85℃下热聚合24～48h；在高纯氮气气氛下经800℃碳化得到催化剂Ⅰ，即改性有序介孔碳负载金属催化剂；
(4)在50mL单管加压固定床连续流动反应器中，将改性有序介孔碳负载金属催化剂填入其中，填充体积为20mL；将改性有序介孔碳负载金属催化剂在温度100～300℃和氢气流速50mL/min条件下还原2～5h；
(5)将反应器的程序温度升至300～400℃，调节氢气压力为0.5MPa，将3,4-二烷氧基苯胺和乙二醇空速进料，物料经过气化器汽化后进入反应器中进行反应，反应后的气化混合物经过冷凝器变成液体，进入分液器进行油水分离，有机层进入精馏塔精馏得到5,6-二烷氧基吲哚；
(6)将5,6-二烷氧基吲哚和催化剂Ⅱ溶解于有机溶剂Ⅰ中，在加热搅拌状态下进行回流反应，使用薄层色谱跟踪反应进程；
(7)在步骤(6)反应完成后，浓缩去除过量的有机溶剂Ⅰ，加入去离子水，用有机溶剂Ⅱ萃取，然后进一步纯化得到白色固体粉末状的5,6-二羟基吲哚。
步骤(1)中所述的金属硝酸盐为硝酸银、硝酸铜、硝酸钯、硝酸锌、硝酸铁、硝酸钴、硝酸镍中的一种以上。
步骤(4)中所述的温度为120～180℃；步骤(5)所述的程序温度为350～380℃，所述3,4-二烷氧基苯胺和乙二醇的摩尔比为(5～11):1，优选为(7～9):1。
步骤(6)中所述的催化剂Ⅱ为三甲基氯硅烷、氢卤酸、三溴化硼、三氯化铝、氯化锂中的任意一种，所述氢卤酸为盐酸、氢溴酸或氢碘酸；所述的有机溶剂Ⅰ为乙酸、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、二氯甲烷中的任意一种，优选为乙酸。
步骤(7)中所述的有机溶剂Ⅱ为氯仿、甲苯、二甲苯中的任意一种，优选为氯仿。
改性有序介孔碳负载金属催化剂催化制备5,6-二羟基吲哚的反应方程式如下式所示：
Figure BDA0002871935650000041
其中，R1、R2各自独立的表示烷基中的任意一种或者R1+R2＝CH2。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及有益效果：
(1)本发明以酚醛树脂为碳源，F127为软模板，制备有序介孔碳负载金属材料作为催化剂，在3,4-二甲氧基苯胺和乙二醇的反应中体现了较高的催化活性及较好的稳定性。
(2)本发明所制备的催化剂对于避免活性组分的团聚和剥离以及提高反应催化活性和使用寿命都具有显著地效果。
(3)本发明原料易得，成本低，产物为白色粉体，产物纯度达98.3％，反应中乙二醇转换率接近60％，5,6-二甲氧基吲哚地选择性达85％以上，最终5,6-二羟基吲哚收率可达81％以上。
(4)本发明相比较于结构简易的活性炭负载金属催化剂，在防止活性组分团聚的前提下有效地提高了催化活性及稳定性，是一种先进的制备改性有序介孔碳负载金属催化剂的方法，通过这种改性有序介孔炭负载金属催化剂来制备5,6-二羟基吲哚，也是一种创新的制备方法。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
一种利用改性有序介孔碳负载铜催化剂制备5,6-二羟基吲哚的方法，按照如下步骤：
(1)称取1.125g的聚醚F127和0.756g的间苯二酚，溶于50mL乙醇溶液，在室温下搅拌至完全溶解，加入5mL溶有金属硝酸盐(硝酸铜和硝酸锌质量比为3:1)的乙醇水溶液，搅拌2h；
(2)加入1.5mL的37wt％甲醛溶液和10mL的0.1mol/L盐酸，控制混合液的pH为2，继续搅拌后溶液分为上下两层，将此分层后的溶液在室温下静置老化；
(3)弃去上清液，将下层粘稠的溶胶在85℃下热聚合24h；在高纯氮气气氛下经800℃碳化得到改性有序介孔碳负载金属催化剂；
(4)称取0.3g改性有序介孔碳负载金属催化剂，在50mL单管加压固定床连续流动反应器中，将称好的催化剂颗粒填入固定床，体积为20mL；催化剂在120℃，氢气流速50mL/min条件下还原2h；
(5)催化剂活化完毕开始进料，将程序温度升至300℃，调节氢气压力为0.5MPa，空速进料设定为0.5h-1，将107.598g的3,4-二甲氧基苯胺和6.235g的乙二醇进料，经过气化器汽化后进入固定床反应器反应，反应后的气化混合物经过冷凝器变成液体进入分液器进行油水分离，冷却结晶后得到白色固体5，6-二甲氧基吲哚112.581g，收率为90.9％；
(6)将17.056g所得的5,6-二甲氧基吲哚和50mL的37％的盐酸溶于20mL乙酸中，在加热搅拌状态下进行回流反应，使用薄层色谱跟踪反应进程；
(7)在步骤(6)反应完成后，浓缩去除过量的乙酸，加入去离子水，用50mL氯仿萃取三次，然后进一步纯化得到白色固体粉末状的5,6-二羟基吲哚14.256g，综合收率为85.7％，纯度为98.3％。
实施例2
一种利用改性有序介孔碳负载银催化剂制备5,6-二羟基吲哚的方法，按照如下步骤：
(1)称取1.1308g的聚醚F127和0.695g的间苯二酚，溶于50mL乙醇溶液，在室温下搅拌至完全溶解，加入5mL溶有金属硝酸盐(硝酸银和硝酸锌质量比为3:1)的乙醇水溶液，搅拌2h。
(2)加入1.5mL的37wt％甲醛溶液和10mL的0.1mol/L盐酸，控制混合液的pH为2，继续搅拌一段时间后溶液分为上下两层，将此分层后的溶液在室温下静置老化；
(3)弃去上清液，将下层粘稠的溶胶在85℃下热聚合36h；在高纯氮气气氛下经800℃碳化得到改性有序介孔碳负载银催化剂。
(4)称取0.3g改性有序介孔碳负载银催化剂，在50mL单管加压固定床连续流动反应器中，将称好的催化剂颗粒填入固定床，体积为20mL；催化剂在120℃，氢气流速50mL/min条件下还原3h。
(5)催化剂活化完毕开始进料，将程序温度升至300℃，调节氢气压力为0.5MPa，空速进料设定为0.5h-1，称取106.862g的3,4-二甲氧基苯胺和6.314g的乙二醇，进入气化器汽化后进入固定床反应器反应，反应后的气化混合物经过冷凝器变成液体进入分液器进行油水分离，冷却结晶后得到白色固体5,6-二甲氧基吲哚110.351g，收率为89.1％；
(6)将17.126g所得的5,6-二甲氧基吲哚和50mL的48％的氢溴酸溶于20mL的乙酸中，在加热搅拌状态下进行回流反应，使用薄层色谱跟踪反应进程；
(7)在步骤(6)反应完成后，浓缩去除过量的乙酸，加入一定量的去离子水，用50mL氯仿萃取三次，然后进一步纯化得到5,6-二羟基吲哚白色固体粉末13.845g，综合收率为83.9％，纯度为96.1％。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种利用改性有序介孔碳负载金属催化剂制备5,6-二羟基吲哚的方法，其特征在于按照以下操作步骤：
(1)将聚醚F127与间苯二酚加入至乙醇水溶液中，在室温下，搅拌至完全溶解；再加入溶有金属硝酸盐的乙醇水溶液，在室温下搅拌2～5h；
(2)加入37wt％的甲醛溶液和0.1mol/L盐酸，控制混合液的pH为2～5，继续搅拌后溶液分为上下两层，将此分层后的溶液在室温下静置老化；
(3)弃去上清液，将下层粘稠的溶胶在85℃下热聚合24～48h；在高纯氮气气氛下经800℃碳化得到催化剂Ⅰ，即改性有序介孔碳负载金属催化剂；
(4)在50mL单管加压固定床连续流动反应器中，将改性有序介孔碳负载金属催化剂填入其中，填充体积为20mL；将改性有序介孔碳负载金属催化剂在温度100～300℃和氢气流速50mL/min条件下还原2～5h；
(5)将反应器的程序温度升至300～400℃，调节氢气压力为0.5MPa，将3,4-二烷氧基苯胺和乙二醇空速进料，物料经过气化器汽化后进入反应器中进行反应，反应后的气化混合物经过冷凝器变成液体，进入分液器进行油水分离，有机层进入精馏塔精馏得到5,6-二烷氧基吲哚；
(6)将5,6-二烷氧基吲哚和催化剂Ⅱ溶解于有机溶剂Ⅰ中，在加热搅拌状态下进行回流反应，使用薄层色谱跟踪反应进程；
(7)在步骤(6)反应完成后，浓缩去除过量的有机溶剂Ⅰ，加入去离子水，用有机溶剂Ⅱ萃取，然后进一步纯化得到白色固体粉末状的5,6-二羟基吲哚。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(1)中所述的金属硝酸盐为硝酸银、硝酸铜、硝酸钯、硝酸锌、硝酸铁、硝酸钴、硝酸镍中的一种以上。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(4)中所述的温度为120～180℃；步骤(5)所述的程序温度为350～380℃，所述3,4-二烷氧基苯胺和乙二醇的摩尔比为(5～11):1。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述3,4-二烷氧基苯胺和乙二醇的摩尔比为(7～9):1。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(6)中所述的催化剂Ⅱ为三甲基氯硅烷、氢卤酸、三溴化硼、三氯化铝、氯化锂中的任意一种；所述的有机溶剂Ⅰ为乙酸、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、二氯甲烷中的任意一种。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述氢卤酸为盐酸、氢溴酸或氢碘酸；所述有机溶剂Ⅰ为乙酸。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(7)中所述的有机溶剂Ⅱ为氯仿、甲苯、二甲苯中的任意一种。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述的有机溶剂Ⅱ为氯仿。
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