本发明专利技术公开了一种氮碳材料锚定的铁单原子催化剂在催化醇的氨氧化制腈反应中的应用，属于醇的氨氧化制腈反应技术领域。所述氮碳材料锚定的铁单原子催化剂在催化醇的氨氧化制腈反应中的应用，具体步骤如下：将醇、氮碳材料锚定的铁单原子催化剂、氨水和水依次加入到反应容器中，于一定温度下反应一段时间，反应结束后，去除催化剂，对反应溶液进行后处理，即得腈化合物。本发明专利技术以氮碳材料锚定的铁单原子材料为催化剂，高效催化醇氨氧化制腈反应，反应条件温和、选择性和底物耐受性好，催化剂廉价低毒且可以回收利用，因此易于实现腈类化合物的放大生产制备。的放大生产制备。的放大生产制备。
【技术实现步骤摘要】
氮碳材料锚定的铁单原子催化剂在催化醇的氨氧化制腈反应中的应用
[0001]本专利技术属于醇的氨氧化制腈反应
，具体涉及一种氮碳材料锚定的铁单原子催化剂在催化醇的氨氧化制腈反应中的应用。
技术介绍
[0002]腈类化合物是一类十分重要的化学中间体，其在医药、农药、染料、添加剂、纺织助剂以及聚合物的合成中都有广泛的应用，同时其本身也是许多具有生物活性化合物的合成结构，如非布司他和比卡鲁胺等。探索有效绿色的合成腈类化合物的方法具有十分重要的实用价值。
[0003]在过去的几十年中，研究者已经报道了许多合成腈的合成方法，包括醛肟或酰胺的脱水（ACS Catal. 2013, 3, 1652），Sandmeyer 反应（Chem. Rev. 1947, 40, 251），Rosenmund von Braun 反应（Tetrahedron, 1984, 40, 1433），芳基卤化物的氰化（Chem. Soc. Rev. 2011, 40, 5049.），以及胺的氧化（Green Chem. 2019, 21, 5386）。这些方法通常采用化学计量的剧毒 HCN 或金属基氰化物，如 KCN、NaCN 或 K4[Fe(CN)6] 作为起始材料。此外，由于形成仲胺和叔胺副产物，胺氧化为腈的选择性较差。
[0004]以分子氧（或空气）作为唯一氧化剂，同时利用多相催化剂催化醇的氨氧化是获得腈的优选途径。近十年来，研究者开发了一系列过渡金属多相催化剂（Org. Chem. Front. 2021 Doi：10.1039/D1QO00275A）。然而，其中贵金属催化具有高成本、高毒性的缺点，而非贵金属催化剂的催化条件比较苛刻，且回收使用效果不好。
[0005]氮碳材料锚定的铁单原子催化剂由于其特殊的结构而呈现出显著不同于常规纳米催化剂的活性、选择性和稳定性，但是如何将其成功且高效地用于腈类化合物的制备中，已成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
技术实现思路
[0006]本专利技术的目的是为了解决现有技术的不足，而提供一种氮碳材料锚定的铁单原子催化剂在催化醇的氨氧化制腈反应中的应用，所述反应的反应条件温和、选择性和底物耐受性好、三废少且催化剂廉价低毒易回收，易于推广应用。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：氮碳材料锚定的铁单原子催化剂在催化醇的氨氧化制腈反应中的应用，步骤如下：将醇、氮碳材料锚定的铁单原子催化剂、氨水和水依次加入到反应容器中，于一定温度下反应一段时间，反应结束后，去除催化剂，对反应溶液进行后处理，即得腈化合物。
[0008]进一步地，所述醇、氮碳材料锚定的铁单原子催化剂、氨的摩尔比为：1:0.02~0.08:4~8；醇的摩尔用量与水的体积比为0.2：1mmol/mL。
[0009]更进一步地，所述氨水为25 wt.%的氨水溶液。
[0010]进一步地，反应时的温度为25~130℃，反应时间为12~24 h，反应时的空气压力为
0.1~2 MPa。
[0011]进一步地，所述醇为取代苄醇、杂环基甲醇、取代烯丙基醇或脂肪醇中的一种。
[0012]更进一步地，所述取代苄醇为苄醇、对甲基苄醇、对甲氧基苄醇、间甲基苄醇、间甲氧基苄醇、邻甲氧基苄醇、3,4
‑
二甲氧基苄醇、3,4
‑
二甲基苄醇、对氯苄醇、对溴苄醇、对硝基苄醇、3,4,5
‑
三甲氧基苄醇、3,4,5
‑
三氟苄醇、对异丙基苄醇、对三氟甲基苄醇、2
‑
萘甲醇、胡椒醇、苯并二氧六环
‑6‑
甲醇、对苯甲氧基苄醇、2
‑
溴
‑
3,4
‑
二甲氧基苄醇或对苯基苄醇中的一种。
[0013]更进一步地，所述杂环基甲醇为喹啉
‑6‑
基甲醇、噻吩
‑2‑
基甲醇、吡啶
‑2‑
基甲醇或3
‑
喹啉基甲醇中的一种。
[0014]更进一步地，所述取代烯丙基醇为肉桂醇、E
‑3‑
(吡啶
‑3‑
基)丙烯醇、E
‑2‑
甲基
‑3‑
苯基丙烯醇、E
‑3‑
(4
‑
硝基苯基)丙烯醇、紫苏醇、桃金娘烯醇或香叶醇中的一种；所述脂肪醇为2
‑
(4
‑
甲氧基苯基)乙醇、3
‑
环己烯
‑1‑
甲醇、环己基甲醇、正己醇、正辛醇或香茅醇中的一种。
[0015]进一步地，所述反应结束后，离心分离催化剂；所述后处理具体为：加入乙酸乙酯萃取，收集有机相，经干燥、旋蒸除去乙酸乙酯，可得粗产品，粗产品通过重结晶或硅胶柱层析提纯得到腈化合物。
[0016]进一步地，所述氮碳材料锚定的铁单原子催化剂的制备方法为：将七水硫酸铁、六水硝酸锌加入到水中配制溶液1；将2
‑
甲基咪唑和苯胺加入另外的水中，剧烈搅拌至混合均匀，得溶液2；将溶液1倒入正在搅拌的溶液2中，所得悬浊液继续搅拌一段时间，搅拌结束后，离心分离得到固体，将所得固体经水洗、干燥后，于氮气氛围下进行煅烧，即得氮碳材料锚定的铁单原子催化剂。
[0017]本专利技术与现有技术相比，其有益效果为：（1）本专利技术以氮碳材料锚定的铁单原子材料为催化剂，具有类酶的FeN4结构，其对于分子氧表现出了优异的活化性能，因此可以高效催化醇的氨氧化反应。
[0018]（2）本专利技术的应用方法反应条件温和，选择性和底物耐受性好且催化剂廉价低毒。
[0019]（3）催化剂中的铁以单原子的形式锚定在氮碳材料上，具有良好的稳定性和利用率，因此催化可以实现高效回收利用且铁用量较低。
[0020]（4）本专利技术易于实现腈类化合物的放大生产制备，有利于大范围推广。
[0021]（5）相比于现有技术，本专利技术将氮碳材料锚定的铁单原子催化剂应用在催化醇的氨氧化制腈反应中，具有明显的价格、活性和环保优势（具体见表1）。
附图说明
[0022]图1为本专利技术胡椒腈3r的氢谱；1H NMR (500 MHz, DMSO
‑
d6) δ 7.41
ꢀ–ꢀ
7.36 (m, 2H), 7.09 (d, J = 8.0 Hz, 1H), 6.16 (s, 2H).图2为本专利技术3
‑
(3
‑
吡啶基)
‑2‑
丙烯腈3ab的氢谱；1H NMR (500 MHz, DMSO
‑
d6) δ 8.81 (d, J = 2.3 Hz, 1H), 8.62 (dd, J = 4.8, 1.6 Hz, 1H), 8.10 (dt, J = 8.0, 2.0 Hz, 1H), 7.71 (d, J = 16.7 Hz, 1H), 7.48 (dd, J = 8.0, 4.8 Hz本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.氮碳材料锚定的铁单原子催化剂在催化醇的氨氧化制腈反应中的应用，其特征在于，步骤如下：将醇、氮碳材料锚定的铁单原子催化剂、氨水和水依次加入到反应容器中，于一定温度下反应一段时间，反应结束后，去除催化剂，对反应溶液进行后处理，即得腈化合物。2.根据权利要求1所述的氮碳材料锚定的铁单原子催化剂在催化醇的氨氧化制腈反应中的应用，其特征在于，所述醇、氮碳材料锚定的铁单原子催化剂、氨的摩尔比为：1:0.02~0.08:4~8；醇的摩尔用量与水的体积比为0.2：1mmol/mL。3.根据权利要求1或2所述的氮碳材料锚定的铁单原子催化剂在催化醇的氨氧化制腈反应中的应用，其特征在于，所述氨水为25 wt.%的氨水溶液。4.根据权利要求1所述的氮碳材料锚定的铁单原子催化剂在催化醇的氨氧化制腈反应中的应用，其特征在于，反应时的温度为25~130℃，反应时间为12~24 h，反应时的空气压力为0.1~2 MPa。5.根据权利要求1所述的氮碳材料锚定的铁单原子催化剂在催化醇的氨氧化制腈反应中的应用，其特征在于，所述醇为取代苄醇、杂环基甲醇、取代烯丙基醇或脂肪醇中的一种。6.根据权利要求5所述的氮碳材料锚定的铁单原子催化剂在催化醇的氨氧化制腈反应中的应用，其特征在于，所述取代苄醇为苄醇、对甲基苄醇、对甲氧基苄醇、间甲基苄醇、间甲氧基苄醇、邻甲氧基苄醇、3,4
‑
二甲氧基苄醇、3,4
‑
二甲基苄醇、对氯苄醇、对溴苄醇、对硝基苄醇、3,4,5
‑
三甲氧基苄醇、3,4,5
‑
三氟苄醇、对异丙基苄醇、对三氟甲基苄醇、2
‑
萘甲醇、胡椒醇、苯并二氧六环
‑6‑
甲醇、对苯甲氧基苄醇、2
‑
溴
‑
3,4
‑
二甲氧基苄醇或对苯基苄醇中的一种。7.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：陆国平，易文斌，王博仁，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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