CN115874199A - 以d2o为氘源的官能化氘代烯烃类化合物及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供以D2O为氘源的官能化氘代烯烃类化合物及其制备方法和应用，以负载在碳纸上的非晶钯硫化物纳米胶囊为工作电极，汞/氧化汞为参比电极，碳棒为对电极，0.5MK2CO3的D2O溶液和二氧六环的混合液为电解液的双室标准三电极电解体系，通过恒电位电解法催化官能化炔烃化合物高选择性还原制备氘代烯烃化合物进而合成相应的氘代药物。本发明方法能够在较宽的电位范围内，实现官能化氘代烯烃类化合物的高效、高选择性合成，且本发明以较廉价的氘水作为氘源，反应条件温和，常温常压进行，操作简单，催化剂可重复使用。
Description
技术领域
本发明涉及官能化氘代烯烃合成子及氘代药物合成技术领域，更具体地说涉及一种以D2O为氘源的官能化氘代烯烃类化合物及其制备方法和应用。
背景技术
由于C-D比C-H更稳定，选择性氘代具有生理活性的化合物可以延长其半衰期、抑制毒性代谢产物生成，从而提高其安全性。2017年，美国食品药物管理局(FDA)批准了世界上首个氘代药物(氘代丁苯那嗪)，它被认为是治疗亨廷顿舞蹈病的优于非氘代丁苯那嗪特效药。随着氘代药物的复兴，大量的含氘药物已经进入临床试验，氘标记的化合物已被广泛用作代谢或药代动力学探针。末端烯烃作为有用的构建砌块和有价值的最终产品，存在于大量的药物、农用化学品和天然产物中。例如，氘代对乙烯基苯甲醛与三氮唑的反应产物席夫碱具有杀菌作用。到目前为止，合成氘代烯烃的方法主要有：
(1)烯烃C-H/C-D交换法
过渡金属(Ir、Pt等)催化的H/D交换是合成氘代烯烃的一种普遍策略，以烯烃为起始反应物，避免了化合物分子结构的改变，但是，它通常需要苛刻的反应条件，使用有机氘源或氘气，同时难以避免区域选择性较差和氘代率较低的问题，经济成本高却效果不佳，极大地限制了此方法的广泛应用。
(2)炔烃还原氘代法
由于烯烃通常是由相应的炔烃半氢化合成的，还原氘化是合成氘代烯烃的一种更直接的策略。以氘气、有机硅烷/氘水、CO/氘水为氘源，过渡金属催化的炔烃半氘化已经被研究，提高了氘代烯烃的立体选择性和氘代率。但是，当目标产物是烯烃三个氢都被氘代的[D3]烯烃时，需要以末端氢被氘代的[D1]炔烃为原料，两步氘代将一定程度降低烯烃氘代率，此外，共还原或优先还原其他易还原的官能团导致结构改变也普遍存在，这些问题同样限制了该方法的工业应用。因此，亟需发展一种绿色、经济、高效且催化剂稳定的方法实现官能化氘代烯烃的高效合成。
电催化有机合成因其反应条件温和、环境友好、经济性高、合成高效等优势被作为合成化学中一种重要的手段。并且通过调控电压或电流可以实现产物选择性的有效控制，电催化有机合成逐渐成为热门研究方向之一。在近期的研究发展中，P、S修饰的钯或铜可以实现部分炔烃半氘化合成氘代烯烃，但是烯烃选择性需要由特定电位或限定时间来控制，并且部分易还原官能团难以保持，部分易钝化金属活性位点的炔烃氘代效率低等问题的存在使得官能化氘代烯烃的合成受到了限制。因此，以廉价的氘水为氘源，实现官能化炔烃类化合物的特定电还原制备官能化氘代烯烃具有重要意义。
发明内容
本发明克服了现有技术中的不足，提供了一种以D2O为氘源的官能化氘代烯烃类化合物及其制备方法和应用，本发明方法能够在较宽的电位范围内，实现官能化氘代烯烃类化合物的高效、高选择性合成，且本发明以较廉价的氘水作为氘源，反应条件温和，常温常压进行，操作简单，催化剂可重复使用，为官能化氘代烯烃的合成提供了一种安全、绿色、高效的方法。
本发明的目的通过下述技术方案予以实现。
以D2O为氘源的官能化氘代烯烃类化合物及其制备方法，在以负载在碳纸上的非晶钯硫化物纳米胶囊电极为工作电极的标准三电极的双室电解体系中，以氘水为氘源，加入电解质与助溶剂，通过恒电位电解法还原炔烃化合物得到官能化氘代烯烃类化合物，按照下述步骤进行：
步骤1，常温常压下，以负载在碳纸上的非晶钯硫化物电极为工作电极，Hg/HgO为参比电极，碳棒为对电极，H型双室标准三电极电解池为反应容器，阴阳极两室之间用质子交换膜隔开，其中，工作电极采用负载在碳纸上的非晶钯硫化物纳米胶囊，碳纸作为载体，非晶钯硫化物纳米胶囊作为催化剂；
步骤2，向阴极电解室中加入炔烃类化合物、电解质溶液和助溶剂，向阳极电解室中加入电解质溶液，其中，炔烃类化合物的化学通式如下：
其中，R选自卤素、乙酰基、醛基、氨基、羧基或者氰基，
电解质采用无机碱或碱盐，助溶剂采用二氧六环；
步骤3，采用恒电位电解法：恒定电压为-1.05V vs.Hg/HgO，电催化反应温度为20-25℃，反应时间为4-8h后，制备得到含有氘代烯烃的反应液；
步骤4，用有机溶剂萃取步骤3得到的含有氘代烯烃的反应液1-5次，用无水硫酸钠除水、减压浓缩后，利用薄层层析法提纯，即得到官能化氘代烯烃类化合物。
在步骤1中，工作电极采用PdSxANCs/CP电极，x＝0.5-4。
其中，PdSxANCs/CP电极制备方法，按照下述步骤进行：
(1)用丙酮和去离子水清洗碳纸，除去表面杂质，将处理后的碳纸浸没到酸液中，在50-70℃下浸泡12-48h后，用去离子水洗至中性备用，其中，酸液采用浓硫酸、浓硝酸和水以体积1:1:1配制成的混合溶液；
(2)在100mL去离子水中加入无水醋酸锌和六亚甲基四铵，搅拌均匀后加热到85℃，反应2h，冷却、离心、去离子水和乙醇洗涤、室温下干燥，即得到氧化锌纳米棒，无水醋酸锌和六亚甲基四铵的物质的量比为1:1，进一步地，无水醋酸锌和六亚甲基四铵的量分别为550.4mg和420.6mg，加热反应温度为85℃，反应时间为2h；
(3)将步骤(2)制备得到的氧化锌纳米棒与35mL去离子水混合并超声均匀，得到氧化锌纳米棒分散液，在搅拌条件下向上述氧化锌纳米棒分散液中滴加硫化钠溶液，室温搅拌0.5h后，加热到70℃，反应5h，冷却、离心、去离子水和乙醇洗涤、室温下干燥，即得到氧化锌@硫化锌纳米棒，其中，硫化钠与氧化锌的物质的量比为1:2，进一步地，氧化锌的量为243mg，硫化钠的浓度为0.2M，加入体积为5mL，反应液搅拌30min后，将其加热到70℃，反应5h，氧化锌@硫化锌纳米棒是氧化锌为核，硫化锌为壳的核壳结构；
(4)将步骤(3)制备得到的氧化锌@硫化锌纳米棒与30mL 4M KOH溶液混合并超声均匀，并将其置于室温下搅拌3h以去除氧化锌核，然后离心、去离子水和乙醇洗涤、室温下干燥，最后将干燥完成后的材料在有硫粉存在的氩气氛围中，300℃煅烧1h，冷却至室温后，即得到硫化锌纳米胶囊；
(5)将步骤(4)制备得到的硫化锌纳米胶囊加入与20mL去离子水混合并超声均匀，在搅拌下滴加向上述硫化锌纳米胶囊分散液中加入四氯钯酸钠溶液，室温搅拌反应1h，离心、去离子水和乙醇洗涤、室温下干燥，即得到非晶钯硫化物纳米胶囊，其中，四氯钯酸钠与硫化锌的物质的量比为1:1；
(6)取2mg步骤(5)制备得到的非晶钯硫化物纳米胶囊超声分散于0.5mL的异丙醇/水/萘酚混合溶液中，将其滴涂在步骤(1)得到的碳纸上晾干后，即得到PdSx ANCs/CP电极，其中，异丙醇/水/萘酚混合溶液中各个物质的具体含量为异丙醇400μL，水80μL和萘酚20μL，在碳纸上的滴涂面积控制在1cm2内。
在步骤2中，R选自溴、乙酰基、甲醛基、氨基、甲酸基或者氰甲基。
在步骤2中，炔烃类化合物为4-溴苯乙炔、4-乙炔基苯乙酮、4-乙炔基苯甲醛、2-溴苯乙炔、4-乙炔基苯胺、4-乙炔基苯甲酸、4-乙炔基苯乙腈、6-乙炔基喹啉中的任意一种。
在步骤2中，电解质采用碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钾、氢氧化钠中的一种或多种，优选碳酸钾，电解质溶液的浓度为0.1-1.5mol/L，优选0.5mol/L。
在步骤2中，助溶剂的体积占混合溶液总体积的15％。
在步骤4中，官能化氘代烯烃类化合物为1-溴-4-(乙烯基-d3)苯、1-(4-(乙烯基-d3)苯基)乙烷-1-酮-2,2,2-d3、4-(乙烯基-d3)苯甲醛、1-溴-2-(乙烯基-d3)苯、4-(乙烯基-d3)苯胺、4-(乙烯基-d3)苯甲酸、2-(4-(乙烯基-d3)苯基)乙腈-d2、6-(乙烯基-d3)喹啉。
本发明的有益效果为：
1.本发明实现了室温条件下，以D2O为氘源电催化官能化炔烃还原制备官能化氘代烯烃合成子及氘代药物；
2、本发明在较宽的电位范围内，均能实现官能化氘代烯烃的高效、高选择性合成，在电位为-1.05～-1.3V vs Hg/HgO范围内，反应转化率可达94％，氘代率可达99％；
3、本发明对易还原和易钝化官能团具有良好的耐受性和较好的底物适用性；
4、本发明以廉价的氘水为氘源，避免高温高压，反应条件温和，操作简单，有效避免了其他合成方法中存在的使用昂贵氘气、有机氘代试剂，操作复杂，反应耗时长，氘代率低等问题；
5、本发明工作电极的稳定性好，可以多次循环使用，生成氘代烯烃的产率在多次反应循环内未发生明显变化。
附图说明
图1是PdSxANCs的扫描电子显微镜(SEM)图像；
图2是PdSxANCs的透射电子显微镜(TEM)图像；
图3是PdSxANCs的高分辨透射电子显微镜(HRTEM)和选区电子衍射(SAED，内部)图像；
图4是PdSxANCs的X射线衍射(XRD)图像；
图5是PdSxANCs的Pd 3dX射线光电子能谱(XPS)图像；
图6是以PdSxANCs/CP为工作电极电还原官能化炔烃类化合物制备官能化氘代烯烃类化合物的底物拓展图以及以氘代烯烃为原料合成席夫碱和环状碳酸盐的合成图；
图7是实施例一制备得到的产物1-溴-4-(乙烯基-d3)苯(2a)核磁谱图，其中，第一幅为1H NMR谱图，第二幅为13C NMR谱图；
图8是实施例二制备得到的产物1-(4-(乙烯基-d3)苯基)乙烷-1-酮-2,2,2-d3(2b)核磁谱图，其中，第一幅为1H NMR谱图，第二幅为13C NMR谱图；
图9是实施例三制备得到的产物4-(乙烯基-d3)苯甲醛(2c)核磁谱图，其中，第一幅为1H NMR谱图，第二幅为13C NMR谱图；
图10是实施例四制备得到的产物1-溴-2-(乙烯基-d3)苯(2d)核磁谱图，其中，第一幅为1H NMR谱图，第二幅为13C NMR谱图；
图11是实施例五制备得到的产物4-(乙烯基-d3)苯胺(2e)核磁谱图，其中，第一幅为1H NMR谱图，第二幅为13C NMR谱图；
图12是实施例六制备得到的产物4-(乙烯基-d3)苯甲酸(2f)核磁谱图，其中，第一幅为1H NMR谱图，第二幅为13C NMR谱图；
图13是实施例七制备得到的产物2-(4-(乙烯基-d3)苯基)乙腈-d2(2g)核磁谱图，其中，第一幅为1H NMR谱图，第二幅为13C NMR谱图；
图14是实施例八制备得到的产物6-(乙烯基-d3)喹啉(2h)核磁谱图，其中，第一幅为1H NMR谱图，第二幅为13C NMR谱图；
图15是实施例九制备得到的产物(E)-N-(1H-1,2,4-三唑-5-基)-1-(4-(乙烯基-d3)苯基)甲苯胺(2i)核磁谱图，其中，第一幅为1H NMR谱图，第二幅为13C NMR谱图；
图16是实施例十制备得到的产物4-(2-溴苯基)-1,3-二氧戊环-2-酮-4,5,5-d3(2j)核磁谱图，其中，第一幅为1H NMR谱图，第二幅为13C NMR谱图；
图17是PdSx ANCs/CP电极稳定性测试图。
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
实施例一：1-溴-4-(乙烯基-d3)苯(2a)的合成：
以H型电解池为反应容器，电解池的阴阳两极室用离子交换膜隔开，阴极和阳极室分别加入7mL 0.5M K2CO3的氘水的溶液，然后在阴极室加入1mL包含有0.1mmol 4-溴苯乙炔的二氧六环并用磁子不断搅拌，以PdSx ANCs/CP为工作电极，碳棒为对电极，以Hg/HgO(1.0M KOH)电极作为参比电极，连接到电化学工作站，选定恒电压-1.05V vs.Hg/HgO进行i-t,反应8h后，收集反应液，用12mL乙酸乙酯进行萃取，并用气相色谱进行定量分析，得到1a转化率为95％，2a选择性为94％。随后减压蒸馏至0.5mL，利用薄层层析法进行产物的纯化，再用核磁进行定性分析，将产物用CDCl3溶解测试氢谱和碳谱，得到氘代率：α-：99％，β1-：99％，β2-：99％，如图7所示。
实施例二：1-(4-(乙烯基-d3)苯基)乙烷-1-酮-2,2,2-d3(2b)的合成：
以H型电解池为反应容器，电解池的阴阳两极室用离子交换膜隔开，阴极和阳极室分别加入7mL 0.5M K2CO3的氘水的溶液，然后在阴极室加入1mL包含有0.1mmol 4-乙炔基苯乙酮的二氧六环并用磁子不断搅拌，以PdSx ANCs/CP为工作电极，碳棒为对电极，以Hg/HgO(1.0M KOH)电极作为参比电极，连接到电化学工作站，选定恒电压-1.05V vs.Hg/HgO进行i-t,反应8h后，收集反应液，用12mL乙酸乙酯进行萃取，并用气相色谱进行定量分析，得到1b转化率为93％，2b选择性为98％。随后减压蒸馏至0.5mL，利用薄层层析法进行产物的纯化，再用核磁进行定性分析，将产物用CDCl3溶解测试氢谱和碳谱，得到氘代率：α-：99％，β1-：99％，β2-：99％，如图8所示。
实施例三：4-(乙烯基-d3)苯甲醛(2c)的合成：
以H型电解池为反应容器，电解池的阴阳两极室用离子交换膜隔开，阴极和阳极室分别加入7mL 0.5M K2CO3的氘水的溶液，然后在阴极室加入1mL包含有0.1mmol 4-乙炔基苯甲醛的二氧六环并用磁子不断搅拌，以PdSx ANCs/CP为工作电极，碳棒为对电极，以Hg/HgO(1.0M KOH)电极作为参比电极，连接到电化学工作站，选定恒电压-1.05V vs.Hg/HgO进行i-t,反应5h后，收集反应液，用12mL乙酸乙酯进行萃取，并用气相色谱进行定量分析，得到1c转化率为96％，2c选择性为87％。随后减压蒸馏至0.5mL，利用薄层层析法进行产物的纯化，再用核磁进行定性分析，将产物用CDCl3溶解测试氢谱和碳谱，得到氘代率：α-：95％，β1-：99％，β2-：97％，如图9所示。
实施例四：1-溴-2-(乙烯基-d3)苯(2d)的合成：
以H型电解池为反应容器，电解池的阴阳两极室用离子交换膜隔开，阴极和阳极室分别加入7mL 0.5M K2CO3的氘水的溶液，然后在阴极室加入1mL包含有0.1mmol 1-溴苯乙炔的二氧六环并用磁子不断搅拌，以PdSx ANCs/CP为工作电极，碳棒为对电极，以Hg/HgO(1.0M KOH)电极作为参比电极，连接到电化学工作站，选定恒电压-1.05V vs.Hg/HgO进行i-t,反应8h后，收集反应液，用12mL乙酸乙酯进行萃取，并用气相色谱进行定量分析，得到1d转化率为91％，2d选择性为95％。随后减压蒸馏至0.5mL，利用薄层层析法进行产物的纯化，再用核磁进行定性分析，将产物用CDCl3溶解测试氢谱和碳谱，得到氘代率：α-：99％，β1-：99％，β2-：99％，如图10所示。
实施例五：4-(乙烯基-d3)苯胺(2e)的合成：
以H型电解池为反应容器，电解池的阴阳两极室用离子交换膜隔开，阴极和阳极室分别加入7mL 0.5M K2CO3的氘水的溶液，然后在阴极室加入1mL包含有0.1mmol 4-乙炔基苯胺的二氧六环并用磁子不断搅拌，以PdSx ANCs/CP为工作电极，碳棒为对电极，以Hg/HgO(1.0M KOH)电极作为参比电极，连接到电化学工作站，选定恒电压-1.05V vs.Hg/HgO进行i-t,反应4h后，收集反应液，用12mL乙酸乙酯进行萃取，并用气相色谱进行定量分析，得到1e转化率为94％，2e选择性为96％。随后减压蒸馏至0.5mL，利用薄层层析法进行产物的纯化，再用核磁进行定性分析，将产物用CDCl3溶解测试氢谱和碳谱，得到氘代率：α-：99％，β1-：99％，β2-：99％，如图11所示。
实施例六：4-(乙烯基-d3)苯甲酸(2f)的合成：
以H型电解池为反应容器，电解池的阴阳两极室用离子交换膜隔开，阴极和阳极室分别加入7mL 0.5M K2CO3的氘水的溶液，然后在阴极室加入1mL包含有0.1mmol 4-乙炔基苯甲酸的二氧六环并用磁子不断搅拌，以PdSx ANCs/CP为工作电极，碳棒为对电极，以Hg/HgO(1.0M KOH)电极作为参比电极，连接到电化学工作站，选定恒电压-1.05V vs.Hg/HgO进行i-t,反应8h后，收集反应液，用盐酸中和到酸性，用12mL乙酸乙酯进行萃取，并用气相色谱进行定量分析，得到1f转化率为91％，2f选择性为93％。随后减压蒸馏至0.5mL，利用薄层层析法进行产物的纯化，再用核磁进行定性分析，将产物用DMSO-d6溶解测试氢谱和碳谱，得到氘代率：α-：99％，β1-：99％，β2-：95％，如图12所示。
实施例七：2-(4-(乙烯基-d3)苯基)乙腈-d2(2g)的合成：
以H型电解池为反应容器，电解池的阴阳两极室用离子交换膜隔开，阴极和阳极室分别加入7mL 0.5M K2CO3的氘水的溶液，然后在阴极室加入1mL包含有0.1mmol 4-乙炔基苯乙腈的二氧六环并用磁子不断搅拌，以PdSx ANCs/CP为工作电极，碳棒为对电极，以Hg/HgO(1.0M KOH)电极作为参比电极，连接到电化学工作站，选定恒电压-1.05V vs.Hg/HgO进行i-t,反应5h后，收集反应液，用12mL乙酸乙酯进行萃取，并用气相色谱进行定量分析，得到1g转化率为95％，2g选择性为92％。随后减压蒸馏至0.5mL，利用薄层层析法进行产物的纯化，再用核磁进行定性分析，将产物用CDCl3溶解测试氢谱和碳谱，得到氘代率：α-：99％，β1-：99％，β2-：99％，如图13所示。
实施例八：6-(乙烯基-d3)喹啉(2h)的合成：
以H型电解池为反应容器，电解池的阴阳两极室用离子交换膜隔开，阴极和阳极室分别加入7mL 0.5M K2CO3的氘水的溶液，然后在阴极室加入1mL包含有0.1mmol 6-乙炔基喹啉的二氧六环并用磁子不断搅拌，以PdSx ANCs/CP为工作电极，碳棒为对电极，以Hg/HgO(1.0M KOH)电极作为参比电极，连接到电化学工作站，选定恒电压-1.05V vs.Hg/HgO进行i-t,反应5h后，收集反应液，用12mL乙酸乙酯进行萃取，并用气相色谱进行定量分析，得到1h转化率为92％，2h选择性为96％。随后减压蒸馏至0.5mL，利用薄层层析法进行产物的纯化，再用核磁进行定性分析，将产物用CDCl3溶解测试氢谱和碳谱，得到氘代率：α-：99％，β1-：99％，β2-：99％，如图14所示。
实施例九：(E)-N-(1H-1,2,4-三唑-5-基)-1-(4-(乙烯基-d3)苯基)甲苯胺(2i)的合成：
在多次实施例三电还原完成后，收集处理得到纯净的2c，取0.2mmol 2c，与0.2mmol3-氨基-1,2,4-三氮唑共同溶解于5mL无水乙醇中，再加入痕量2,6-二叔丁基苯酚作为聚合抑制剂，加入3滴冰醋酸作为催化剂，混合均匀后，将混合液加热至80℃回流3h。加热浓缩至1ml，将其放入冰箱冷藏24h，沉淀后的产物过滤，用冷的无水乙醇洗涤，再放入真空干燥箱中干燥。干燥后的样品称量，得到分离产率为53％，用DMSO-d6溶解测试氢谱和碳谱,如图15所示。
实施例十：4-(2-溴苯基)-1,3-二氧戊环-2-酮-4,5,5-d3(2j)的合成：
在多次实施例四电还原完成后，收集处理得到纯净的2d备用。
称取350mg AD-mix-β，溶解于含有1mL叔丁醇和1.5mL水的混合溶液中，将该混合溶液冷却到0℃，随后加入0.1mmol 2d，在搅拌下在0条件下反应7.5h。反应结束后加入15mg亚硫酸钠，移至室温下搅拌30min，混合液用15ml去离子水洗涤，用乙酸乙酯萃取(3×15mL),有机层依次用盐水洗涤，无水硫酸钠除水，旋蒸除去乙酸乙酯得到粗产品。然后将粗产品溶解于2ml二氯甲烷中，冷却到0℃，加入81mg羰基二咪唑，搅拌5min，移至室温下，搅拌反应5.5h，反应结束后，直接利用薄层层析法纯化，得到的纯产品称量，得到分离产率为65％，然后溶解于CDCl3测试氢谱和碳谱,如图16所示。
本发明PdSx ANCs/CP为工作电极电还原官能化炔烃类化合物制备官能化氘代烯烃化合物的底物拓展图以及以2c为原料合成席夫碱和以2d为原料合成环状碳酸脂的合成路线如说明书附图图6所式。
测试例：工作电极稳定性测试
工作电极的制备，按照下述步骤进行：
步骤1：将碳纸浸没在丙酮中超声清洗20min除去表面有机物，然后浸没在去离子水中超声清洗20min除去残留丙酮。
步骤2：处理得到的碳纸浸没到以体积比为1:1:1配制成的浓硫酸、浓硝酸和水的混合酸液中，于60℃下浸泡24h。
步骤3：将浸泡后的碳纸表面残留的酸液用去离子水冲洗至中性，随后将其浸泡到去离子水中备用。
PdSx ANCs的制备，按照下述步骤进行：
步骤1：于250mL圆底烧瓶中加入550.4mg无水醋酸锌和420.6mg六亚甲基四铵，加入100mL去离子水，搅拌溶解后加热到85℃，反应2h，冷却后，离心，用去离子水和乙醇洗涤，在室温下用真空干燥箱干燥，得到氧化锌纳米棒。
步骤2：称取243mg得到的氧化锌纳米棒，加入到100mL圆底烧瓶，加入35mL去离子水，超声得到均匀的分散液。在搅拌下滴加5mL浓度为0.2M的硫化钠溶液于分散液中，室温搅拌30min后，将其加热到70℃，反应5h。冷却后，离心，用去离子水和乙醇洗涤，在室温下用真空干燥箱干燥，得到氧化锌@硫化锌纳米棒；
步骤3：称取180mg得到的氧化锌@硫化锌纳米棒加入到含有30mL浓度为4M的KOH溶液的圆底烧瓶中，超声分散均匀，将其于室温下搅拌3h去除氧化锌核。随后离心，用去离子水和乙醇洗涤，在室温下用真空干燥箱干燥，随后将干燥完成后的材料在硫粉存在的氩气氛围中，300℃煅烧1h，冷却至室温后得到硫化锌纳米胶囊；
步骤4：称取97mg得到的硫化锌纳米胶囊加入到50mL圆底烧瓶中，加入20mL去离子水，超声分散均匀，在搅拌下滴加5mL浓度为0.2M的四氯钯酸钠溶液于分散液中，室温下搅拌反应1h，离心，用去离子水和乙醇洗涤，用真空干燥箱干燥，得到非晶钯硫化物纳米胶囊；
步骤5：称取2mg得到的非晶钯硫化物纳米胶囊，超声分散于0.5mL的异丙醇/水/萘酚混合溶液中(异丙醇400μL，水80μL，萘酚20μL)。将处理好的碳纸用硅橡胶将滴涂面积控制在1cm2内，随后将分散液其滴涂在碳纸上，晾干后得到PdSxANCs/CP电极。
本发明还对PdSxANCs/CP电极的稳定性进行测试，在处理干净后的电解池中重复上述恒电位电催化还原反应，重复4～8次，根据每一次循环所得产物的产率、选择性判断催化剂的稳定性。实验结果表明(说明书附图图17)，电极经历了5次试验后，反应的转化率以及选择性均保持在较高水平，本发明电极具有良好的稳定性。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.以D2O为氘源的官能化氘代烯烃类化合物的制备方法，其特征在于：在以负载在碳纸上的非晶钯硫化物电极为工作电极的标准三电极的双室电解体系中，以氘水为氘源，加入电解质与助溶剂，通过恒电位电解法还原炔烃化合物得到官能化氘代烯烃类化合物，按照下述步骤进行：
步骤1，常温常压下，以负载在碳纸上的非晶钯硫化物电极为工作电极，Hg/HgO为参比电极，碳棒为对电极，H型双室标准三电极电解池为反应容器，阴阳极两室之间用质子交换膜隔开，其中，工作电极采用负载在碳纸上的非晶钯硫化物纳米胶囊，碳纸(CP)作为载体，非晶钯硫化物纳米胶囊(PdSx ANCs,x＝0.5-4)作为催化剂；
步骤2，向阴极电解室中加入炔烃类化合物、电解质溶液和助溶剂，向阳极电解室中加入电解质溶液，其中，炔烃类化合物的化学通式如下：
其中，R选自卤素、乙酰基、醛基、氨基、羧基或者氰基，
电解质采用无机碱或碱盐，助溶剂采用二氧六环；
步骤3，采用恒电位电解法：恒定电压为-1.05V vs.Hg/HgO，电催化反应温度为20-25℃，反应时间为4-8h后，制备得到含有氘代烯烃的反应液；
步骤4，用有机溶剂萃取步骤3得到的含有氘代烯烃的反应液1-5次，用无水硫酸钠除水、减压浓缩后，利用薄层层析法提纯，即得到官能化氘代烯烃类化合物。
2.根据权利要求1所述的以D2O为氘源的官能化氘代烯烃类化合物的制备方法，其特征在于：在步骤1中，工作电极采用PdSx ANCs/CP电极，x＝0.5-4。
3.根据权利要求2所述的以D2O为氘源的官能化氘代烯烃类化合物的制备方法，其特征在于：PdSx ANCs/CP电极制备方法，按照下述步骤进行：
(1)用丙酮和去离子水清洗碳纸，除去表面杂质，将处理后的碳纸浸没到酸液中，在60℃下浸泡24h后，用去离子水洗至中性备用，其中，酸液采用浓硫酸、浓硝酸和水以体积1:1:1配制成的混合溶液；
(2)在100mL去离子水中加入无水醋酸锌和六亚甲基四铵，搅拌均匀后加热到85℃，反应2h，冷却、离心、去离子水和乙醇洗涤、室温下干燥，即得到氧化锌纳米棒，无水醋酸锌和六亚甲基四铵的物质的量比为1：1；
(3)将步骤(2)制备得到的氧化锌纳米棒与35mL去离子水混合并超声均匀，得到氧化锌纳米棒分散液，在搅拌条件下向上述氧化锌纳米棒分散液中滴加硫化钠溶液，室温搅拌0.5h后，加热到70℃，反应5h，冷却、离心、去离子水和乙醇洗涤、室温下干燥，即得到氧化锌@硫化锌纳米棒，其中，硫化钠与氧化锌的物质的量比为1：2；
(4)将步骤(3)制备得到的氧化锌@硫化锌纳米棒与30mL 4M KOH溶液混合并超声均匀，并将其置于室温下搅拌3h以去除氧化锌核，然后离心、去离子水和乙醇洗涤、室温下干燥，最后将干燥完成后的材料在有硫粉存在的氩气氛围中，300℃煅烧1h，冷却至室温后，即得到硫化锌纳米胶囊；
(5)将步骤(4)制备得到的硫化锌纳米胶囊与20mL去离子水混合并超声均匀，在搅拌下向上述硫化锌纳米胶囊分散液中滴加四氯钯酸钠溶液，室温搅拌反应1h，离心、去离子水和乙醇洗涤、室温下干燥，即得到非晶钯硫化物纳米胶囊，其中，四氯钯酸钠与硫化锌的物质的量比为1：1；
(6)取2mg步骤(5)制备得到的非晶钯硫化物纳米胶囊超声分散于0.5mL的异丙醇/水/萘酚混合溶液中，将其滴涂在步骤(1)得到的碳纸上晾干后，即得到PdSxANCs/CP电极，其中，异丙醇/水/萘酚混合溶液中各个物质的具体含量为异丙醇400μL，水80μL和萘酚20μL，在碳纸上的滴涂面积控制在1cm2内。
4.根据权利要求1所述的以D2O为氘源的官能化氘代烯烃类化合物的制备方法，其特征在于：在步骤2中，R选自溴、乙酰基、甲醛基、氨基、甲酸基或者氰甲基。
5.根据权利要求4所述的以D2O为氘源的官能化氘代烯烃类化合物的制备方法，其特征在于：在步骤2中，炔烃类化合物为4-溴苯乙炔、4-乙炔基苯乙酮、4-乙炔基苯甲醛、2-溴苯乙炔、4-乙炔基苯胺、4-乙炔基苯甲酸、4-乙炔基苯乙腈、6-乙炔基喹啉中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的以D2O为氘源的官能化氘代烯烃类化合物的制备方法，其特征在于：在步骤2中，电解质采用碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钾、氢氧化钠中的一种或多种，优选碳酸钾，电解质溶液的浓度为0.1-1.5mol/L，优选0.5mol/L。
7.根据权利要求1所述的以D2O为氘源的官能化氘代烯烃类化合物的制备方法，其特征在于：在步骤2中，助溶剂的体积占混合溶液总体积的15％。
8.根据权利要求1所述的以D2O为氘源的官能化氘代烯烃类化合物的制备方法，其特征在于：在步骤4中，官能化氘代烯烃类化合物为1-溴-4-(乙烯基-d3)苯、1-(4-(乙烯基-d3)苯基)乙烷-1-酮-2,2,2-d3、4-(乙烯基-d3)苯甲醛、1-溴-2-(乙烯基-d3)苯、4-(乙烯基-d3)苯胺、4-(乙烯基-d3)苯甲酸、2-(4-(乙烯基-d3)苯基)乙腈-d2、6-(乙烯基-d3)喹啉。
9.如权利要求1-9任一所述的以D2O为氘源的官能化氘代烯烃类化合物。
10.如权利要求1-8任一所述的以D2O为氘源的官能化氘代烯烃类化合物的制备方法和如权利要求9所述的以D2O为氘源的官能化氘代烯烃类化合物在氘代药物上的应用，其特征在于：在电位为-1.05～-1.3V vs Hg/HgO范围内，该反应转化率为94％，氘代率为99％。
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