一种铜负载催化剂、其制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种铜负载催化剂、其制备方法及应用。本发明专利技术公开的一种铜负载催化剂的制备方法，其包括以下步骤：有机溶剂中，在碱的作用下，将Cu(I)化合物、巯基树脂和膦配体进行反应即可；其中，所述的巯基树脂由下列方法制得，所述的方法包括将氯甲基聚苯乙烯树脂和硫脲进行反应的步骤。该铜负载催化剂价廉、低毒，能在水相中使用，能实现Sonogashira反应的绿色化。

【技术实现步骤摘要】
一种铜负载催化剂、其制备方法及应用
本专利技术涉及一种铜负载催化剂、其制备方法及应用。
技术介绍
钯、铜催化的芳基卤代物和末端炔烃之间的偶联反应即Sonogashira反应在新型功能材料、农药、医药及纳米分子器件的合成中有着十分广泛的应用。然而，传统的Sonogashira反应在实际应用中存在着一些显著的缺点，例如使用价格昂贵的均相钯催化剂，催化剂回收困难，易产生含重金属废水污染环境，残留在产品的重金属会导致产品污染。在制药工业中，如何高效率降低产品中的重金属残留是该类反应在生产应用中令众多制药研发人员头疼的问题。此外，该类偶联反应常用溶剂为四氢呋喃、乙腈等有机溶剂。这些溶剂大多有毒、易挥发、易燃、难回收，大量使用时存在着很大的安全隐患及环保风险。负载型金属催化剂是将金属催化剂负载于硅胶、沸石、高分子聚合物等载体之上，通过载体稳定、分散催化剂，在提高催化剂稳定性的同时改善催化剂的微观环境，进而影响、改善催化剂的催化性能。同时，负载型金属催化剂能通过简单的过滤操作分离催化剂和反应液，相较于均相催化剂，具有回收简单，产品中金属残留低等优点。可应用于Sonogashira反应的负载型钯催化剂已有多个报道，例如CN101678330报道了一种可用于Sonogashira反应的大孔树脂载体负载的钯催化剂，CN104277079A报道了一种可用于sonogashira反应的钯-镧配位聚合物催化剂，CN106179333A报道了一种可用于Sonogashira反应的水滑石负载钯催化剂。相较于钯催化剂，铜催化剂具有价格低廉、毒性更低、更为环境友好等特点。使用水作为溶剂可以显著降低大量使用挥发性有机溶剂所带来的安全风险、大气污染风险。因此开发可用于水介质中Sonogashira反应的负载型铜催化剂对于化学工业绿色化具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是为了克服现有技术中应用于Sonogashira反应的钯催化剂毒性大、价格昂贵的缺陷，而提供了一种铜负载催化剂、其制备方法及应用。该铜负载催化剂价廉、低毒，能在水相中使用，能实现Sonogashira反应的绿色化。本专利技术主要是通过以下技术方案解决上述技术问题的。本专利技术提供了一种铜负载催化剂的制备方法，其包括以下步骤：有机溶剂中，在碱的作用下，将Cu(I)化合物、巯基树脂和膦配体进行反应即可；其中，所述的巯基树脂由下列方法制得，所述的方法包括将氯甲基聚苯乙烯树脂和硫脲进行反应的步骤。所述的氯甲基聚苯乙烯树脂的规格优选为100～500目，进一步优选为100～200目。所述的氯甲基聚苯乙烯树脂中的Cl含量优选为0.1～3mmol/g，进一步优选为0.8～1.2mmol/g(例如1mmol/g)。在所述的铜负载催化剂的制备方法中，所述的有机溶剂可为本领域该类反应常规的有机溶剂，本专利技术特别优选为酰胺类溶剂和/或腈类溶剂。所述的酰胺类溶剂优选为N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺和N-甲基吡咯烷酮中的一种或多种，进一步优选为N,N-二甲基甲酰胺。在所述的铜负载催化剂的制备方法中，所述的Cu(I)化合物可为本领域常规的Cu(I)化合物，本专利技术特别优选为溴化亚铜、碘化亚铜和氧化亚铜中的一种或多种，进一步优选为碘化亚铜。在所述的铜负载催化剂的制备方法中，所述的Cu(I)化合物在所述的有机溶剂中的摩尔浓度可为本领域该类反应常规的摩尔浓度，本专利技术特别优选为0.01～1mol/L，进一步优选为0.1～0.2mol/L(例如2/15mol/L)。在所述的铜负载催化剂的制备方法中，所述的膦配体可为本领域常规的膦配体，本专利技术优选为1,10-菲罗啉、三苯基膦、1,1'-双二苯基膦二茂铁和1,2-双(二苯膦)丙烷中的一种或多种，进一步优选为三苯基膦。在所述的铜负载催化剂的制备方法中，所述的膦配体与所述的Cu(I)化合物的摩尔比可为本领域该类反应常规的摩尔比，本专利技术特别优选为5:1～1:1，进一步优选为4:1～1:1(例如3:1)。在所述的铜负载催化剂的制备方法中，所述的碱可为本领域该类反应常规的碱，本专利技术特别优选为氢氧化物、碳酸盐、磷酸盐、MCN和R’OM’中的一种或多种，其中，M为碱金属，R’为C1-4烷基，M’为碱金属；所述的碱进一步优选为碳酸盐。所述的氢氧化物优选为氢氧化钾。所述的碳酸盐优选为碳酸钾、碳酸钠和碳酸铯中的一种或多种，进一步优选为碳酸钾和/或碳酸钠，最优选为碳酸钾。所述的磷酸盐优选为磷酸钠。所述的M优选为钠。所述的R’优选为甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基或叔丁基，最优选为叔丁基。所述的M’优选为钾或钠。所述的R’OM’优选为叔丁醇钾或叔丁醇钠。在所述的铜负载催化剂的制备方法中，所述的碱与所述的Cu(I)化合物的摩尔比可为本领域该类反应常规的摩尔比，本专利技术特别优选为5:1～1:5，进一步优选为2:1～1:2(例如1:1)。在所述的铜负载催化剂的制备方法中，所述的巯基树脂在所述的有机溶剂中的质量浓度可为本领域该类反应常规的质量浓度，本专利技术特别优选为0.01～1g/mL，进一步优选为0.05～0.08g/mL(例如1/15g/mL)。在所述的铜负载催化剂的制备方法中，所述反应的反应时间可为本领域该类反应常规的反应时间，本专利技术优选为2～30小时，进一步优选为12～20小时(例如16小时)。在所述的铜负载催化剂的制备方法中，所述反应的反应温度可为本领域该类反应常规的反应温度，本专利技术特别优选为50～110℃，进一步优选为70～90℃(例如85℃)。在本专利技术一优选实施方案中，所述的铜负载催化剂的制备方法，包括以下步骤：将所述的Cu(I)化合物、所述的膦配体和所述的有机溶剂混合，再加入所述的碱和所述的巯基树脂进行反应即可。在本专利技术的一优选实施方案中，所述的铜负载催化剂的制备方法中，所述的反应结束后还可进一步包括后处理步骤。所述的后处理步骤为本领域常规，本专利技术特别优选为过滤，洗涤和干燥。所述的洗涤所用的试剂为所述的有机溶剂。所述的干燥的方式可为本领域常规(如抽干)。所述的巯基树脂的制备方法可为本领域常规，优选为包括下述步骤：将氯甲基聚苯乙烯树脂，硫脲，相转移催化剂和溶剂混合后进行成盐反应得产物A；所述的产物A再在碱的作用下进行水解反应得所述的巯基树脂。具体制备方法可参考文献：陈义镛，华放，吴小彬，高分子通讯，1985，5，355；王耐冬，巯基树脂的合成与性能研究，离子交换与吸附，1988，19-23。所述的巯基树脂的制备方法中，所述的溶剂可为本领域该类反应常规的溶剂，本专利技术特别优选为水。所述的巯基树脂的制备方法中，所述的氯甲基聚苯乙烯树脂在溶剂中的浓度可为本领域该类反应常规的浓度，本专利技术特别优选为0.1～1g/mL(例如5/18g/mL)。所述的巯基树脂的制备方法中，所述的硫脲与所述的氯甲基聚苯乙烯树脂的质量比可为本领域该类反应常规的质量比，本专利技术特别优选为0.01:1～1:1，进一步优选为0.01:1～0.2:1(例如0.1:1)。...

【技术保护点】
1.一种铜负载催化剂的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：有机溶剂中，在碱的作用下，将Cu(I)化合物、巯基树脂和膦配体进行反应即可；其中，所述的巯基树脂由下列方法制得，所述的方法包括将氯甲基聚苯乙烯树脂和硫脲进行反应的步骤。/n

【技术特征摘要】
1.一种铜负载催化剂的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：有机溶剂中，在碱的作用下，将Cu(I)化合物、巯基树脂和膦配体进行反应即可；其中，所述的巯基树脂由下列方法制得，所述的方法包括将氯甲基聚苯乙烯树脂和硫脲进行反应的步骤。


2.如权利要求1所述的铜负载催化剂的制备方法，其特征在于，
所述的氯甲基聚苯乙烯树脂的规格为100～500目，优选为100～200目；
和/或，所述的氯甲基聚苯乙烯树脂中的Cl含量为0.1～3mmol/g，优选为0.8～1.2mmol/g；
和/或，所述的有机溶剂为酰胺类溶剂和/或腈类溶剂；所述的酰胺类溶剂优选为N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺和N-甲基吡咯烷酮中的一种或多种，进一步优选为N,N-二甲基甲酰胺；
和/或，所述的Cu(I)化合物为溴化亚铜、碘化亚铜和氧化亚铜中的一种或多种，优选为碘化亚铜；
和/或，所述的Cu(I)化合物在所述的有机溶剂中的摩尔浓度为0.01～1mol/L，优选为0.1～0.2mol/L；
和/或，所述的膦配体为1,10-菲罗啉、三苯基膦、1,1'-双二苯基膦二茂铁和1,2-双(二苯膦)丙烷中的一种或多种，优选为三苯基膦；
和/或，所述的膦配体与所述的Cu(I)化合物的摩尔比为5:1～1:1，优选为4:1～1:1；
和/或，所述的碱为氢氧化物、碳酸盐、磷酸盐、MCN和R’OM’中的一种或多种，其中，M为碱金属，R’为C1-4烷基，M’为碱金属；所述的碱进一步优选为碳酸盐；所述的氢氧化物优选为氢氧化钾；所述的碳酸盐优选为碳酸钾、碳酸钠和碳酸铯中的一种或多种，进一步优选为碳酸钾和/或碳酸钠，最优选为碳酸钾；所述的磷酸盐优选为磷酸钠；所述的M优选为钠；所述的R’优选为甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基或叔丁基，最优选为叔丁基；所述的M’优选为钾或钠；所述的R’OM’优选为叔丁醇钾或叔丁醇钠；
和/或，所述的碱与所述的Cu(I)化合物的摩尔比为5:1～1:5，优选为2:1～1:2；
和/或，所述的巯基树脂在所述的有机溶剂中的质量浓度为0.01～1g/mL，优选为0.05～0.08g/mL；
和/或，所述反应的反应时间为2～30小时，优选为12～20小时；
和/或，所述反应的反应温度为50～110℃，优选为70～90℃。


3.一种由权利要求1或2所述的铜负载催化剂的制备方法制备得到的铜负载催化剂。


4.一种如式I所示的化合物的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：保护气体下，水中，在表面活性剂、碱和如权利要求3所述的铜负载催化剂的作用下，将如式II所示的化合物和如式III所示的化合物进行如下所示的偶联反应即可，



其中，R1、R2、R3、R4和R5分别独立地为氢、C1-8烷基、C1-8烷氧基、硝基、-C(＝O)R3-1、卤素、或卤素取代的C1-8烷基；
X’为氯、溴或碘；
R6为C1-8烷基或C6-20芳基；
R3-1为C1-8烷基。


5.如权利要求4所述的如式I所示的化合物的制备方法，其特征在于，
当R1、R2、R3、R4和R5分别独立地为C1-8烷基时，所述的C1-8烷基为C1-4烷基，优选为甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基或叔丁基，最优选为甲基；
和/或，当R1、R2、R3、R4和R5分别独立地为C1-8烷氧基时，所述的C1-8烷氧基为C1-4烷氧基，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈功，邢胜园，曹丹，潘金浩，胡继清，
申请(专利权)人：凯惠药业上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31