[发明专利]一种仿生催化制备酮类化合物的方法

说明书

本发明公开了一种仿生催化制备酮类化合物的方法，该方法以芳香族烷烃，直链烷烃和环状烷烃为原料，以氧气为氧化剂，加入一定量的递氢体，以金属卟啉化合物为催化剂，控制在反应温度为50~80℃、常压条件下进行催化反应得到酮。本发明具有反应条件温和、催化效果好、选择性高、工艺简单等优点。

技术领域

本发明涉及一种酮的制备方法，具体地说，是涉及一种仿生催化烷烃氧化制备酮的方法。

背景技术

由于含有羰基，所以酮类化合物化学性质很活泼，容易和其他化学物质发生亲核加成反应，亲核还原反应，羟醛缩合反应等，从而生成其他高价值的有机化学品，因此酮是化学工业中重要的一类化合物。

目前，酮的合成方法主要包括付-克酰基化法和烷烃直接氧化法。付-克酰基化法是指在无水三氯化铝存在下，酸酐、乙酰氯与活泼的芳香化合物反应得到芳酮。该方法虽然酮的收率很高，但催化剂的消耗量大，对反应装置造成腐蚀，分解时大量放热，操作危险。

烷烃直接氧化制备酮因其原料便宜易得而受到越来越多的关注。其中，金属卟啉因其对氧气有非常高的活化能力而受到越来越多的关注。傅伟昌等以MnTPPCl卟啉为催化剂，氧气为氧化剂，得到2.8％的乙苯转化率和72.9％的苯乙酮选择性(傅伟昌等,化学研究与应用,2002,14(2):237)。郭灿城等以(TPPMn)₂O为催化剂，氧气为氧化剂，得到8.8％的乙苯转化率和4.9％的苯乙酮收率(Guo CC,et al.J.Mol.Catal.A,2003,192:295)。从上可以看出，金属卟啉为催化剂烷烃制备酮类化合物的转化效率仍然比较低。

因此，开发一种以烷烃为原料，高效、高选择性、条件温和的酮类化合物制备方法显得尤为重要，而且也将具有十分重要的应用前景。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种仿生催化制备酮类化合物的方法。

为实现本发明的目的，所采用的技术方案是：以烷烃为原料，以氧气为氧化剂，加入递氢体，以具有通式(I)结构的金属卟啉、或通式(II)的轴向金属卟啉、或通式(III)结构的μ-氧-双核金属卟啉为催化剂，控制在反应温度40～90℃，常压条件下进行催化反应得到酮化合物，原料与递氢体的摩尔比为1:1～1:10

通式(I)中的M₁是金属原子Mg、Al、Fe、Co、Mn、Ni、Cu或Zn，R₁～R₅均选自氢、卤素、硝基、甲基、羟基或烷氧基；通式(II)中的M₂是金属原子Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn或Sn，R₁～R₅均选自氢、卤素、硝基、烷基、烷氧基或羟基，配位基X是氯或咪唑或吡啶；通式(III)中的M₃是金属原子Fe、Co、Mn、Ru或Rh，R₁～R₅均选自氢、卤素、硝基、烷基、烷氧基或羟基。

在上述仿生催化烷烃制备酮类化合物的方法中，所述的烷烃选自侧链芳烃、直链烷烃或环状烷烃中的一种。

在上述仿生催化烷烃制备酮类化合物的方法中，所述的递氢体选自异丙苯、1,3-二异丙苯或二异丙苯中的一种。

在上述仿生催化烷烃制备酮类化合物的方法中，所述的烷烃和递氢体的摩尔比为1:1～1:5，反应温度为50～80℃，催化剂的量为1～100ppm。

本发明合成了金属卟啉等类酶催化剂，加入催化剂和递氢体，使烷烃和氧气在催化剂的作用下进行催化反应生成酮。加入的递氢体为异丙苯或其衍生物，其目的在于使体系更容易生成自由基，使氧气更容易活化，更容易生成高价金属氧活性物，从而提高反应速率和烷烃的转化率。