CN114849710A - 一种生物质基呋喃衍生物还原胺化合成胺类化学品的方法 - Google Patents

一种生物质基呋喃衍生物还原胺化合成胺类化学品的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114849710A
CN114849710A CN202210429325.6A CN202210429325A CN114849710A CN 114849710 A CN114849710 A CN 114849710A CN 202210429325 A CN202210429325 A CN 202210429325A CN 114849710 A CN114849710 A CN 114849710A
Authority
CN
China
Prior art keywords
amine
biomass
reaction
catalyst
chemicals
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210429325.6A
Other languages
English (en)
Inventor
吴君
靳明
谢宇航
李宜晟
赵峻锋
刘立乾
王成兵
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shaanxi University of Science and Technology
Original Assignee
Shaanxi University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shaanxi University of Science and Technology filed Critical Shaanxi University of Science and Technology
Priority to CN202210429325.6A priority Critical patent/CN114849710A/zh
Publication of CN114849710A publication Critical patent/CN114849710A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
    • B01J35/391—Physical properties of the active metal ingredient
    • B01J35/393—Metal or metal oxide crystallite size
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
    • B01J23/74—Iron group metals
    • B01J23/75—Cobalt
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J27/00—Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
    • B01J27/24—Nitrogen compounds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
    • B01J35/396—Distribution of the active metal ingredient
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/50—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their shape or configuration
    • B01J35/51—Spheres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/08—Heat treatment
    • B01J37/082—Decomposition and pyrolysis
    • B01J37/084—Decomposition of carbon-containing compounds into carbon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/08—Heat treatment
    • B01J37/082—Decomposition and pyrolysis
    • B01J37/086—Decomposition of an organometallic compound, a metal complex or a metal salt of a carboxylic acid
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D307/00—Heterocyclic compounds containing five-membered rings having one oxygen atom as the only ring hetero atom
    • C07D307/02—Heterocyclic compounds containing five-membered rings having one oxygen atom as the only ring hetero atom not condensed with other rings
    • C07D307/34—Heterocyclic compounds containing five-membered rings having one oxygen atom as the only ring hetero atom not condensed with other rings having two or three double bonds between ring members or between ring members and non-ring members
    • C07D307/38—Heterocyclic compounds containing five-membered rings having one oxygen atom as the only ring hetero atom not condensed with other rings having two or three double bonds between ring members or between ring members and non-ring members with substituted hydrocarbon radicals attached to ring carbon atoms
    • C07D307/52—Radicals substituted by nitrogen atoms not forming part of a nitro radical
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/584—Recycling of catalysts

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

本发明提供了一种生物质基呋喃衍生物还原胺化合成胺类化学品的方法。具体步骤为:将呋喃衍生物加入含有一定量溶剂的密闭高温反应釜中，在反应温度为60‑110℃，反应压力为1‑4MPa，催化剂存在的条件下，通过还原胺化反应1‑8h，得到所对应的伯胺。所述的催化剂为氮掺杂中空碳球负载非贵金属Co催化剂。本发明提供的方法催化剂性能优异，成本低廉，投资小，反应体系简单，易于呋喃衍生物还原胺化合成胺类化学品。

Description

一种生物质基呋喃衍生物还原胺化合成胺类化学品的方法
技术领域
本发明属于精细化工领域，具体涉及一种生物质基呋喃衍生物还原胺化合成胺类化学品的方法。
背景技术
胺是化学工业中合成聚合物、染料、表面活性剂、药品和农用化学品的关键化合物。在胺类中，伯胺是进一步衍生化反应中最有用的中间体。近年来，建立了各种合成伯胺的方法，如卤化物与NH3的胺化，丁腈和硝基的还原，烯烃的加氢氰化和还原，烯烃的加氢胺化，醇和羰基化合物的还原胺化。其中，羰基化合物与氨和氢的还原胺化是合成相应伯胺的最适合的方案之一。而且生物质基羰基化合物，绿色环保、来源广和价格低廉，能够很好的替代化石能源，以此来减缓能源短缺和环境污染问题。生物质基呋喃衍生物作为一种典型的羰基化合物主要包括糠醛、5-甲基糠醛和5-羟甲基糠醛三种。其中，糠醛很容易由半纤维素的酸催化串联水解或纤维素衍生的己糖的酸促进转化中获得，与其他生物质衍生平台分子相比，显示出有吸引力的经济效益。通常，糠醛可以与氨或伯胺反应合成有价值的胺，如糠胺及其衍生物，在制药、农药、合成树脂和有用的农药生产中有广泛的应用。在糠醛的还原胺化反应中，不同的催化剂、还原剂、溶剂和氮源都会影响糠醛还原胺化的活性、选择性和稳定性。尤其是催化剂，催化剂的选择对反应的活性和选择性发挥着至关重要的作用，可以避免副反应的发生。不同类型的还原剂包括硼氢化钠、甲酸盐和硅烷等，但这些还原剂会产生大量废物，所以分子氢被认为是合适的还原剂。在催化剂和氢气存在下，糠醛还原胺化制备糠胺的反应历程如下：(1)糠醛与NH3先反应生成亚胺；(2)亚胺进一步加氢生成糠胺，这是最理想的反应步骤；(3)但亚胺一般不稳定会与糠醛反应生成席夫碱，(4)席夫碱也会进一步加氢生成仲胺或者氢解为糠胺，(5)糠醛也会直接加氢生成糠醇，具体反应路径由图1所示。由此可见在此反应中，会生成许多种副产物，因此迫切需要高效、高选择性的催化剂，能够在温和的条件下实现糠醛还原胺化制备糠胺。
目前，生物质基呋喃衍生物还原胺化制备相应的伯胺的反应体系主要集中在以Ru、Rh、Pd和Pt等为主的贵金属催化剂体系，现有的这些金属催化体系大多使用较为苛刻的反应条件，比如高温、高压，并且催化剂的稳定性欠佳，经过几次循环套用后很容易发生失活。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种生物质基呋喃衍生物还原胺化合成胺类化学品的方法，以解决现有金属催化体系反应条件苛刻，催化剂稳定性欠佳的问题。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种生物质基呋喃衍生物还原胺化合成胺类化学品的方法，包括以下步骤：
将生物质基呋喃衍生物、氮掺杂中空碳球负载非贵金属Co催化剂和氮源加入至溶剂中，在密闭高压反应釜中，在催化剂的作用下，发生还原胺化反应，生成伯胺；
所述生物质基呋喃衍生物为糠醛、5-甲基糠醛和5-羟甲基糠醛中的任意一种。
本发明的进一步改进在于：
优选的，生物质基呋喃衍生物和氮掺杂中空碳球负载非贵金属Co催化剂的比例为：0.5mmol：10mg。
优选的，反应温度为60～110℃，反应时间为1～8h。
优选的，反应气氛为氢气，反应压力为1～4MPa。
优选的，所述溶剂为二氧六环，四氢呋喃，甲醇，乙醇，丙醇，正丁醇，异丙醇，异丁醇，二甲基亚砜，N,N-二甲基甲酰胺中的任意一种。
优选的，氮源与生物质基呋喃衍生物的摩尔比为(5-60):1；氮源为NH3或氨水中的一种。
优选的，所述氮掺杂中空碳球负载非贵金属Co催化剂中Co的质量百分比含量为17-24wt％。
优选的，所述氮掺杂中空碳球负载非贵金属Co催化剂的制备方法为：以聚苯乙烯纳米球为硬模板，2-甲基咪唑和硝酸钴经过聚合反应、离心洗涤和干燥后，在惰性气氛中焙烧，得到所述催化剂。
优选的，聚苯乙烯纳米球、2-甲基咪唑和六水硝酸钴的混合比例为：0.3g:5.5g:1.55mmol，反应温度为20～30℃，反应时间为6h。
优选的，焙烧温度为700～1000℃，焙烧时间为1～6h。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供了一种生物质基呋喃衍生物还原胺化合成胺类化学品的方法。具体步骤为:将呋喃衍生物加入含有一定量溶剂的密闭高温反应釜中，在反应温度为60-110℃，反应压力为1-4MPa，催化剂存在的条件下，通过还原胺化反应1-8h，得到所对应的伯胺。所述的催化剂为氮掺杂中空碳球负载非贵金属Co催化剂。本发明提供的方法催化剂性能优异，成本低廉，投资小，反应体系简单，易于呋喃衍生物还原胺化合成胺类化学品。本发明使用的催化剂为氮掺杂中空碳球负载非贵金属Co催化剂，其中空碳球载体尺寸大小可控、比表面积大、载体表面的多孔结构和中空腔体不仅能为呋喃衍生物还原胺化反应提供限域的反应环境，富集反应物，促进其在催化剂表面吸附，而且能为金属Co纳米颗粒提供附着位点，增强金属-载体相互作用，改变金属Co表面电子性质，形成粒径细小且分布均匀的Co金属颗粒，增强其在呋喃衍生物还原胺化过程中对氢气和氨的吸附及活化能力，进而提高其催化还原胺化的活性和选择性，使还原胺化反应能够在温和条件下进行。针对生物质基呋喃衍生物还原胺化制备胺类化学品，该化学体系为一个高效而成本低的非贵金属催化新体系。
进一步的，本发明制备的氮掺杂中空碳球负载非贵金属Co催化剂具有优异的结构稳定性，能够避免金属纳米颗粒在反应时因团聚和流失而造成的催化活性失活。本发明制备的催化剂，能够达到绿色、环保、可持续发展等标准，具有较好的工业应用前景。
附图说明
图1为本发明糠醛的反应流程图；
图2为本发明的700-1000℃焙烧温度下催化剂的XRD图；
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明做进一步详细描述：
本发明采用氮掺杂中空碳球负载非贵金属Co催化剂用于生物质基呋喃衍生物还原胺化合成胺类化学品，本发明制备的催化剂为氮掺杂中空碳球负载非贵金属Co催化剂，其中空碳球载体尺寸大小可控、比表面积大、载体表面的多孔结构和中空腔体不仅能为呋喃衍生物还原胺化反应提供限域的反应环境，富集反应物，促进其在催化剂表面吸附，而且能为金属Co纳米颗粒提供附着位点，增强金属-载体相互作用，改变金属Co表面电子性质，形成粒径细小且分布均匀的Co金属颗粒，增强其在呋喃衍生物还原胺化过程中对氢气和氨的吸附及活化能力，进而提高其催化还原胺化的活性和选择性，使还原胺化反应能够在温和条件下进行。其具体步骤包括：
将生物质基呋喃衍生物、氮掺杂中空碳球负载非贵金属Co催化剂和氮源加入一定量的溶剂的密闭高压反应釜中，在催化剂和氮源存在的条件下，在反应温度为60-110℃，反应压力为1-4MPa，通过催化还原胺化反应1-8h，得到相应的伯胺。过程催化剂加入10mg，呋喃衍生物加入0.5mmol。溶剂的加入量需要没过转子。
所述生物质基呋喃衍生物为糠醛、5-甲基糠醛和5-羟甲基糠醛中的任意一种。
优选的，用于生物质基呋喃衍生物还原胺化合成胺类化学品的反应溶剂包括：二氧六环，四氢呋喃，甲醇，乙醇，丙醇，正丁醇，异丙醇，异丁醇，二甲基亚砜，N,N-二甲基甲酰胺和水中的任意一种。
优选的，氮源与生物质基呋喃衍生物的摩尔比为(5-60):1。
优选的，所述氮掺杂中空碳球负载非贵金属Co催化剂，Co的质量百分比含量为17-24％。
优选的，氮源可以为NH3或氨水中的一种。氮源的引入可以使得金属纳米颗粒更细小和均匀。
优选的，上述反应过程在间歇的釜式反应器中进行，或在连续管式反应器中进行。
用于生物质基呋喃衍生物还原胺化制备胺类化学品所需的氮掺杂中空碳球负载非贵金属Co催化剂的具体制备过程如下所述：
步骤1，制备聚苯乙烯纳米球：
将1.1mL甲基丙烯酸甲酯、21mL的苯乙烯、0.92mL丙烯酸和0.49g碳酸氢铵加入到100mL去离子水中，将混合体系加入圆底烧瓶中，放到油浴锅加热搅拌，待其温度升到70℃时加入0.53g过硫酸铵，再将其升温至80℃搅拌12h，搅拌结束后离心分离和洗涤(水洗两次和无水乙醇洗两次)，生成聚苯乙烯纳米球，生成的聚苯乙烯纳米球的大小均匀且高温下焙烧易分解，尺寸在200nm左右。
步骤2，聚苯乙烯纳米球中加入2-甲基咪唑和Co的前驱体进行聚合反应，反应温度为20-30℃，以聚苯乙烯纳米球作为硬模板，2-甲基咪唑和硝酸钴分别作为碳源和金属前驱体，
将0.3g聚苯乙烯纳米球、5.5g的2-甲基咪唑和20mL的去离子水加入到圆底烧瓶中，将其超声30min后，转移到油浴锅中搅拌；将1.55mmol六水合硝酸钴加入到3mL的去离子水中，再将其转移到之前的圆底烧瓶中，在转移的过程中需逐滴加入，加入完成后在20～30℃下搅拌6h。搅拌结束后，离心并用去离子水和甲醇清洗(水和甲醇各清洗两次)，将洗涤好的样品放入110℃的烘箱中过夜。
步骤3，高温焙烧
将之前的样品放入管式炉中焙烧，具体条件为：惰性气氛，700-1000℃，保温1-6h，升温速率为5℃/min，焙烧结束后，将样品用封口膜封好，放入干燥箱中，以备下次实验使用。
下面将结合本发明的若干实施例，对本发明的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面所用的实施例中所采用的实验材料，如无特殊说明，均可由常规的生化试剂商店购买得到。
催化剂反应实施例1Co@NHCS-700
步骤1，将1.1mL甲基丙烯酸甲酯、21mL的苯乙烯、0.92mL丙烯酸和0.49g碳酸氢铵加入到100mL去离子水中，将混合体系加入圆底烧瓶中，放到油浴锅加热搅拌，待其温度升到70℃时加入0.53g过硫酸铵，再将其升温至80℃搅拌12h，搅拌结束后离心分离和洗涤(水洗两次和无水乙醇洗两次)，生成聚苯乙烯纳米球。
步骤2，将0.3g聚苯乙烯纳米球、5.5g的2-甲基咪唑和20mL的去离子水加入到圆底烧瓶中，将其超声30min后，转移到油浴锅中搅拌；将1.55mmol六水合硝酸钴加入到3mL的去离子水中，再将其转移到之前的圆底烧瓶中，在转移的过程中需逐滴加入，加入完成后室温下搅拌6h。搅拌结束后，离心并用去离子水和甲醇清洗(水和甲醇各清洗两次)，将洗涤好的样品放入110℃的烘箱中过夜。
步骤3，高温焙烧
将之前的样品放入管式炉中焙烧，具体条件为：惰性气氛，700℃，保温6h，升温速率为5℃/min，焙烧结束后，将样品用封口膜封好，放入干燥箱中，以备下次实验使用。
催化剂反应实施例2Co@NHCS-800
步骤1，制备聚苯乙烯纳米球：
将1.1mL甲基丙烯酸甲酯、21mL的苯乙烯、0.92mL丙烯酸和0.49g碳酸氢铵加入到100mL去离子水中，将混合体系加入圆底烧瓶中，放到油浴锅加热搅拌，待其温度升到70℃时加入0.53g过硫酸铵，再将其升温至80℃搅拌12h，搅拌结束后离心分离和洗涤(水洗两次和无水乙醇洗两次)，生成聚苯乙烯纳米球。
步骤2，聚苯乙烯纳米球中加入2-甲基咪唑和Co的前驱体进行聚合反应，以聚苯乙烯纳米球作为硬模板，2-甲基咪唑和硝酸钴分别作为碳源和金属前驱体，
将0.3g聚苯乙烯纳米球、5.5g的2-甲基咪唑和20mL的去离子水加入到圆底烧瓶中，将其超声30min后，转移到油浴锅中搅拌；将1.55mmol六水合硝酸钴加入到3mL的去离子水中，再将其转移到之前的圆底烧瓶中，在转移的过程中需逐滴加入，加入完成后室温下搅拌6h。搅拌结束后，离心并用去离子水和甲醇清洗(水和甲醇各清洗两次)，将洗涤好的样品放入110℃的烘箱中过夜。
步骤3，高温焙烧
将之前的样品放入管式炉中焙烧，具体条件为：惰性气氛，800℃，保温4h，升温速率为5℃/min，焙烧结束后，将样品用封口膜封好，放入干燥箱中，以备下次实验使用。
催化剂反应实施例3Co@NHCS-900
步骤1，制备聚苯乙烯纳米球：
将1.1mL甲基丙烯酸甲酯、21mL的苯乙烯、0.92mL丙烯酸和0.49g碳酸氢铵加入到100mL去离子水中，将混合体系加入圆底烧瓶中，放到油浴锅加热搅拌，待其温度升到70℃时加入0.53g过硫酸铵，再将其升温至80℃搅拌12h，搅拌结束后离心分离和洗涤(水洗两次和无水乙醇洗两次)，生成聚苯乙烯纳米球。
步骤2，聚苯乙烯纳米球中加入2-甲基咪唑和Co的前驱体进行聚合反应，以聚苯乙烯纳米球作为硬模板，2-甲基咪唑和硝酸钴分别作为碳源和金属前驱体，
将0.3g聚苯乙烯纳米球、5.5g的2-甲基咪唑和20mL的去离子水加入到圆底烧瓶中，将其超声30min后，转移到油浴锅中搅拌；将1.55mmol六水合硝酸钴加入到3mL的去离子水中，再将其转移到之前的圆底烧瓶中，在转移的过程中需逐滴加入，加入完成后室温下搅拌6h。搅拌结束后，离心并用去离子水和甲醇清洗(水和甲醇各清洗两次)，将洗涤好的样品放入110℃的烘箱中过夜。
步骤3，高温焙烧
将之前的样品放入管式炉中焙烧，具体条件为：惰性气氛，900℃，保温3h，升温速率为5℃/min，焙烧结束后，将样品用封口膜封好，放入干燥箱中，以备下次实验使用。
催化剂反应实施例4Co@NHCS-1000
步骤1，制备聚苯乙烯纳米球：
将1.1mL甲基丙烯酸甲酯、21mL的苯乙烯、0.92mL丙烯酸和0.49g碳酸氢铵加入到100mL去离子水中，将混合体系加入圆底烧瓶中，放到油浴锅加热搅拌，待其温度升到70℃时加入0.53g过硫酸铵，再将其升温至80℃搅拌12h，搅拌结束后离心分离和洗涤(水洗两次和无水乙醇洗两次)，生成聚苯乙烯纳米球。
步骤2，聚苯乙烯纳米球中加入2-甲基咪唑和Co的前驱体进行聚合反应，以聚苯乙烯纳米球作为硬模板，2-甲基咪唑和硝酸钴分别作为碳源和金属前驱体，
将0.3g聚苯乙烯纳米球、5.5g的2-甲基咪唑和20mL的去离子水加入到圆底烧瓶中，将其超声30min后，转移到油浴锅中搅拌；将1.55mmol六水合硝酸钴加入到3mL的去离子水中，再将其转移到之前的圆底烧瓶中，在转移的过程中需逐滴加入，加入完成后室温下搅拌6h。搅拌结束后，离心并用去离子水和甲醇清洗(水和甲醇各清洗两次)，将洗涤好的样品放入110℃的烘箱中过夜。
步骤3，高温焙烧
将之前的样品放入管式炉中焙烧，具体条件为：惰性气氛，1000℃，保温2h，升温速率为5℃/min，焙烧结束后，将样品用封口膜封好，放入干燥箱中，以备下次实验使用。
催化剂反应实施例5Co@NHCS-1100
步骤1，制备聚苯乙烯纳米球：
将1.1mL甲基丙烯酸甲酯、21mL的苯乙烯、0.92mL丙烯酸和0.49g碳酸氢铵加入到100mL去离子水中，将混合体系加入圆底烧瓶中，放到油浴锅加热搅拌，待其温度升到70℃时加入0.53g过硫酸铵，再将其升温至80℃搅拌12h，搅拌结束后离心分离和洗涤(水洗两次和无水乙醇洗两次)，生成聚苯乙烯纳米球。
步骤2，聚苯乙烯纳米球中加入2-甲基咪唑和Co的前驱体进行聚合反应，以聚苯乙烯纳米球作为硬模板，2-甲基咪唑和硝酸钴分别作为碳源和金属前驱体，
将0.3g聚苯乙烯纳米球、5.5g的2-甲基咪唑和20mL的去离子水加入到圆底烧瓶中，将其超声30min后，转移到油浴锅中搅拌；将1.55mmol六水合硝酸钴加入到3mL的去离子水中，再将其转移到之前的圆底烧瓶中，在转移的过程中需逐滴加入，加入完成后室温下搅拌6h。搅拌结束后，离心并用去离子水和甲醇清洗(水和甲醇各清洗两次)，将洗涤好的样品放入110℃的烘箱中过夜。
步骤3，高温焙烧
将之前的样品放入管式炉中焙烧，具体条件为：惰性气氛，1100℃，保温1h，升温速率为5℃/min，焙烧结束后，将样品用封口膜封好，放入干燥箱中，以备下次实验使用。
参见图2，为不同该温度下制备的催化剂的在2θ＝44.2、51.5和75.8处的峰分别对应于金属Co的(111)、(200)和(220)面，说明金属前驱体中的Co组分已经被成功还原成金属Co，也说明了Co已经被成功掺杂到中空碳球载体上。
还原胺化反应实施例1-14
将10mg Co@NHCS-900催化剂、底物0.5mmol、源为1.25mL氨水(底物和氮源的摩尔比为1:33)和溶剂加入50mL不锈钢高温反应釜内衬中，通入高纯氢气置换5次气体后，充氢气至0.5-3MPa，加热50-110℃，保持2-10h，转速为800rpm/min，反应结束后，将反应釜放入水中冷却至室温后放气，然后将反应液进行离心分离，取上清液进行气相色谱检测。
反应结束后，采用下述方法计算反应液中糠胺的含量。
采用气相色谱对反应产物进行定量分析(Agilent 7820，北京安捷伦有限公司)，分离柱是KP-5,规格是25m×0.25mm×1.0μm.气相色谱柱采用测试方法：70℃保持10min,以10℃/min的升温速率升到250℃，进样口温度：260℃，检测器温度：260℃。FID氢火焰离子化检测器。
按照下述公式计算喃衍生物的转化率，伯胺的选择性和产率。
Figure BDA0003611134360000101
Figure BDA0003611134360000102
Figure BDA0003611134360000103
具体的实验温度、反应压力、所加底物、反应时间和检测结果列于表1中所示：
表1实施例及反应结果
Figure BDA0003611134360000104
Figure BDA0003611134360000111
Figure BDA0003611134360000121
在上述实例1-14中，探究了不同底物、温度、反应时间对相应伯胺产物的影响。由实例1-3可知，在三种不同底物中，糠醛作为底物时，其对应伯胺的产率最高；由实施例4-9可知，当底物为糠醛时，温度在90℃时，糠胺的产率最高；由实施例10-14可知，反应时间为4h，糠胺的产率最高。
实施例15-18
在上述实施例1-14中，探究了不同底物、温度、反应时间对相应伯胺产物的影响。结果表明底物为糠醛，温度为90℃，反应时间4h时，糠胺的产率最高。在此基础上，进一步探究不同的氢气压力对糠胺产率的影响，具体结果如表2所示：
表2不同压力对糠胺产率的影响
Figure BDA0003611134360000122
Figure BDA0003611134360000131
实施例19-25
在上述实施例的基础上，进一步探究不同溶剂对糠胺产率的影响，具体结果如表3所示：
表3不同溶剂对糠胺产率的影响
Figure BDA0003611134360000132
实施例29
将10mg Co@NHCS-700催化剂(Co的负载率17.2％)、底物糠醛48mg、氮源为1.25mL氨水和溶剂为5mL甲醇加入50mL不锈钢高温反应釜内衬中，通入高纯氢气置换5次气体后，充氢气至3MPa，加热90℃，保持4h，转速为800rpm/min，反应结例1所述的方法，测定并计算反应液中糠胺的量。
结果表明糠醛的转化率为95％，糠胺选择性为65％，糠胺的产率为61.75％。
实施例30
将10mg Co@NHCS-800催化剂(Co的负载率18.5％)、底物糠醛48mg、氮源为1.25mL氨水和溶剂为5mL甲醇加入50mL不锈钢高温反应釜内衬中，通入高纯氢气置换5次气体后，充氢气至3MPa，加热90℃，保持4h，转速为800rpm/min，反应结例1所述的方法，测定并计算反应液中糠胺的量。结果表明糠醛的转化率为100％，糠胺的选择性为89％，糠胺的产率为89％。
实施例31
将10mg Co@NHCS-900催化剂(Co的负载率24％)、底物糠醛48mg、氮源为1.25mL氨水和溶剂为5mL甲醇加入50mL不锈钢高温反应釜内衬中，通入高纯氢气置换5次气体后，充氢气至3MPa，加热90℃，保持4h，转速为800rpm/min，反应结例1所述的方法，测定并计算反应液中糠胺的量。按照实施例1所述的方法，测定并计算反应液中糠胺的量。
结果表明糠醛的转化率为100％，糠胺的选择性为99％，糠胺的产率为99％。
实施例32
将10mg Co@NHCS-1000催化剂(Co的负载率23.2％)、底物糠醛48mg、氮源为1.25mL氨水和溶剂为5mL甲醇加入50mL不锈钢高温反应釜内衬中，通入高纯氢气置换5次气体后，充氢气至3MPa，加热90℃，保持4h，转速为800rpm/min，反应结例1所述的方法，测定并计算反应液中糠胺的量。
结果表明糠醛的转化率为100％，糠胺的选择性为82％，糠胺的产率为82％。
实施例33
将10mg Co@NHCS-1100催化剂(Co的负载率21.9％)、底物糠醛48mg、氮源为1.25mL氨水和溶剂为5mL甲醇加入50mL不锈钢高温反应釜内衬中，通入高纯氢气置换5次气体后，充氢气至3MPa，加热90℃，保持4h，转速为800rpm/min，反应结例1所述的方法，测定并计算反应液中糠胺的量。按照实施例1所述的方法，测定并计算反应液中糠胺的量。
结果表明糠醛的转化率为100％，糠胺选择性为72％，糠胺的产率为72％。
实施例34
将2.0g 30-50目的Co@NHCS-900催化剂装入管式固定床反应器的恒温段，其余部分用石英砂填充。经系统检查密封后，在氢气气氛下将催化床层升温至100℃，然后将20％的糠醛(无水甲醇为溶剂)以1.5mL/h的进料流速泵入系统，气化后通过催化剂床层进行反应，经过24h后，反应混合物经冰浴冷却和气液分离后，气体排空，将反应后收集到的液体取样进行气相色谱检测，检测结果表明糠胺的产率为95％。
实施例35
将10mg Co@NHCS-900催化剂、底物糠醛48mg、氮源为1MPa氨气和溶剂为5mL甲醇加入50mL不锈钢高温反应釜内衬中，通入高纯氢气置换5次气体后，充氢气至3MPa，加热90℃，保持4h，转速为800rpm/min，反应结例1所述的方法，测定并计算反应液中糠胺的量。按照实施例1所述的方法，测定并计算反应液中糠胺的量。
结果表明糠醛的转化率为100％，糠胺选择性为65％，糠胺的产率为65％。
综上所述，本发明采用氮掺杂中空碳球负载非贵金属Co催化剂，实现了由糠醛向糠胺的高效转化。此类型催化剂能够达到绿色、环保、可持续发展等标准，具有较好的工业应用前景。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种生物质基呋喃衍生物还原胺化合成胺类化学品的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将生物质基呋喃衍生物、氮掺杂中空碳球负载非贵金属Co催化剂和氮源加入至溶剂中，在密闭高压反应釜中，在催化剂的作用下，发生还原胺化反应，生成伯胺；
所述生物质基呋喃衍生物为糠醛、5-甲基糠醛和5-羟甲基糠醛中的任意一种。
2.根据权利要求1所述的一种生物质基呋喃衍生物还原胺化合成胺类化学品的方法，其特征在于，生物质基呋喃衍生物和氮掺杂中空碳球负载非贵金属Co催化剂的比例为：0.5mmol：10mg。
3.根据权利要求1所述的一种生物质基呋喃衍生物还原胺化合成胺类化学品的方法，其特征在于，反应温度为60～110℃，反应时间为1～8h。
4.根据权利要求1所述的一种生物质基呋喃衍生物还原胺化合成胺类化学品的方法，其特征在于，反应气氛为氢气，反应压力为1～4MPa。
5.根据权利要求1所述的一种生物质基呋喃衍生物还原胺化合成胺类化学品的方法，其特征在于，所述溶剂为二氧六环，四氢呋喃，甲醇，乙醇，丙醇，正丁醇，异丙醇，异丁醇，二甲基亚砜，N,N-二甲基甲酰胺中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的一种生物质基呋喃衍生物还原胺化合成胺类化学品的方法，其特征在于，氮源与生物质基呋喃衍生物的摩尔比为(5-60):1；氮源为NH3或氨水中的一种。
7.根据权利要求1所述的一种生物质基呋喃衍生物还原胺化合成胺类化学品的方法，其特征在于，所述氮掺杂中空碳球负载非贵金属Co催化剂中Co的质量百分比含量为17-24wt％。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的一种生物质基呋喃衍生物还原胺化合成胺类化学品的方法，其特征在于，所述氮掺杂中空碳球负载非贵金属Co催化剂的制备方法为：以聚苯乙烯纳米球为硬模板，2-甲基咪唑和硝酸钴经过聚合反应、离心洗涤和干燥后，在惰性气氛中焙烧，得到所述催化剂。
9.根据权利要求8所述的一种生物质基呋喃衍生物还原胺化合成胺类化学品的方法，其特征在于，聚苯乙烯纳米球、2-甲基咪唑和六水硝酸钴的混合比例为：0.3g:5.5g:1.55mmol，反应温度为20～30℃，反应时间为6h。
10.根据权利要求8所述的一种生物质基呋喃衍生物还原胺化合成胺类化学品的方法，其特征在于，焙烧温度为700～1000℃，焙烧时间为1～6h。
CN202210429325.6A 2022-04-22 2022-04-22 一种生物质基呋喃衍生物还原胺化合成胺类化学品的方法 Pending CN114849710A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210429325.6A CN114849710A (zh) 2022-04-22 2022-04-22 一种生物质基呋喃衍生物还原胺化合成胺类化学品的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210429325.6A CN114849710A (zh) 2022-04-22 2022-04-22 一种生物质基呋喃衍生物还原胺化合成胺类化学品的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114849710A true CN114849710A (zh) 2022-08-05

Family

ID=82632616

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210429325.6A Pending CN114849710A (zh) 2022-04-22 2022-04-22 一种生物质基呋喃衍生物还原胺化合成胺类化学品的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114849710A (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014218603A (ja) * 2013-05-09 2014-11-20 独立行政法人産業技術総合研究所 多孔質金属配位高分子化合物及び多孔質炭素材料の製造方法
CN106552661A (zh) * 2016-10-28 2017-04-05 中南民族大学 一种氮掺杂碳材料负载钴催化剂及利用其催化加氢还原胺化制备胺类化合物的方法
CN112038648A (zh) * 2020-09-04 2020-12-04 北京化工大学 一种中空结构过渡金属钴、氮共掺杂炭氧还原催化剂及其制备方法和应用
CN113976131A (zh) * 2021-11-26 2022-01-28 中国科学技术大学 一种多相催化剂以及由5-羟甲基糠醛制备2,5-呋喃二甲胺的方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014218603A (ja) * 2013-05-09 2014-11-20 独立行政法人産業技術総合研究所 多孔質金属配位高分子化合物及び多孔質炭素材料の製造方法
CN106552661A (zh) * 2016-10-28 2017-04-05 中南民族大学 一种氮掺杂碳材料负载钴催化剂及利用其催化加氢还原胺化制备胺类化合物的方法
CN112038648A (zh) * 2020-09-04 2020-12-04 北京化工大学 一种中空结构过渡金属钴、氮共掺杂炭氧还原催化剂及其制备方法和应用
CN113976131A (zh) * 2021-11-26 2022-01-28 中国科学技术大学 一种多相催化剂以及由5-羟甲基糠醛制备2,5-呋喃二甲胺的方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
林湘君: "过渡金属—碳材料的制备及其在能量储存与转换装置中的应用研究", 中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅰ辑, no. 01, pages 22 - 23 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109603819B (zh) 一种石墨烯负载PdRu双金属催化剂及其制备方法和应用
CN110420669B (zh) 铜原子簇制备方法以及催化co2反应用途
CN107376997B (zh) 一种用于氧化苯甲醇制苯甲醛的催化剂制备及其应用
CN103657643B (zh) 一种制备纳米钯金属催化剂的方法
CN106866589B (zh) 一种γ-戊内酯的制备方法
CN112044450B (zh) 一种酸碱双功能生物质碳基催化剂及其制备方法
CN114573429A (zh) 一种基于香草醛选择加氢脱氧的2-甲氧基-4甲基苯酚的制备方法
CN113210000A (zh) Pd/g-C3N4NS催化剂在HBIW氢解反应中的应用
CN106622224A (zh) 纳米金基催化剂在甲酸或甲酸盐合成中的应用
CN108067302A (zh) 多孔含席夫碱结构聚合物负载纳米钯催化剂及其制备和在卤炔制备炔胺偶联反应中的应用
CN111217670B (zh) 一种催化还原化合物中羰基为亚甲基的方法
CN114849710A (zh) 一种生物质基呋喃衍生物还原胺化合成胺类化学品的方法
JP2545734B2 (ja) 炭化水素製造用触媒及び炭化水素の製造方法
CN111389395B (zh) 钌铱催化剂、其制备方法及在5-羟甲基糠醛氢解反应中的应用
CN113117724B (zh) 一种可回收负载型Au52Cu72(SR)55团簇催化剂及其应用
CN109535108A (zh) 一种2,5-二甲基呋喃的制备方法
Li et al. Synthesis of 5-hydroxymethyl-2-furfurylamine via reductive amination of 5-hydroxymethyl-2-furaldehyde with supported Ni-Co bimetallic catalysts
CN108623493B (zh) 一种温和条件下以co2为碳源的n-甲酰化合成方法
CN105461666B (zh) 一种2‑取代四氢呋喃类化合物的制备方法
CN110078687A (zh) 一种2-甲基四氢呋喃的制备方法
CN115260252B (zh) 一种新型呸啶型配合物的合成方法及应用
CN111777578B (zh) 5-羟甲基糠醛加氢制备2,5-二羟甲基四氢呋喃的方法
CN115368228B (zh) 一锅法催化转化生物质制备2,5-己二酮的方法
CN116459836A (zh) Ni-Cu-B催化剂的制备以及在糠醛选择性加氢中的应用
CN108311158B (zh) 一种催化剂、其制备方法和在还原香草醛中的应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination