[发明专利]基于含氮生物聚合物的催化剂、其制备方法及其在氢化方法、还原脱卤和氧化中的用途

说明书

本发明涉及通过热解具有含氮生物聚合物的金属络合物制备基于含氮生物聚合物的催化剂的方法，以及通过该方法可得到的基于含氮生物聚合物的催化剂。具体讲，本发明涉及基于含氮生物聚合物的催化剂，其包含金属颗粒和至少一种含氮碳层。本发明还涉及基于含氮生物聚合物的催化剂在氢化过程中的用途，优选在硝基芳烃类、腈类或亚胺类氢化过程中的用途；在C‑X键还原脱卤过程中的用途，其中X是CI、Br或I，优选有机卤化物脱卤过程中或者经有机卤化物脱卤的芳烃类氘代标记过程中的用途；或者氧化过程中的用途。此外，本发明涉及具有含氮生物聚合物的金属络合物，其中金属是选自锰、钌、钴、铑、镍、钯和铂的过渡金属，并且其中含氮生物聚合物选自壳聚糖、壳多糖和聚氨基酸，优选壳聚糖或壳多糖。

发明领域

本发明涉及制备基于含氮生物聚合物的催化剂的新颖方法，以及通过该方法得到的基于含氮生物聚合物的新颖催化剂。具体讲，本发明涉及基于含氮生物聚合物的新颖催化剂，其包含金属颗粒和至少一种含氮碳层。本发明还涉及基于含氮生物聚合物的催化剂在氢化过程中的用途，优选在硝基芳烃类、腈类或亚胺类氢化过程中的用途；在C-X键还原脱卤过程中的用途，其中X是Cl、Br或I，优选有机卤化物脱卤过程中或者经有机卤化物脱卤的芳烃类氘代标记过程中的用途；或者氧化过程中的用途。此外，本发明涉及含氮生物聚合物的金属络合物，其中金属是选自锰、钌、钴、铑、镍、钯和铂的过渡金属，并且其中含氮生物聚合物选自壳聚糖、壳多糖和聚氨基酸。

发明背景

氢化催化剂广泛用于各种化学化合物所需要的中间体化合物的制备。最常见地，工业氢化依靠异质催化剂。

US 8,658,560 B1描述自硝基苯制备苯胺的氢化催化剂，该催化剂含位于载体上的钯和锌。

US 2012/0065431 A1提出通过利用含二氧化硅(SiO₂)载体的铜催化剂，催化氢化相应芳香硝基化合物制备芳香胺。催化剂的制备需要经湿磨法和随后喷雾干燥的SiO₂的制备。

US 2004/0176619 A1描述作为载体材料的无定型二氧化硅上钌催化剂的用途，用于经相应碳水化合物的催化氢化制备糖醇类。

WO 02/30812 A2描述利用氧化铝作为载体材料的含镍催化剂的氢化脱卤方法。

因此，需要新颖的替代催化剂，其适合用于氢化过程，例如硝基芳烃类、腈类或亚胺类的氢化过程；C-X键还原脱卤过程，其中X是Cl、Br或I，优选有机卤化物脱卤过程或者经有机卤化物脱卤的芳烃类的氘代标记过程；或者氧化过程。具体地讲，存在对催化剂的需求，优选含有高的金属含量和高的氮含量的氢化催化剂。此外，氢化催化剂是受关注的，在无任何其他支持材料例如二氧化硅、氧化铝或碳的条件下，可使用所述氢化催化剂。

发明简述

一方面，本发明涉及基于含氮生物聚合物的催化剂的制备方法，其含有下述步骤：

(a)在溶剂存在下，将金属前体与含氮生物聚合物混合，以得到具有含氮生物聚合物的金属络合物；

(b)如果需要，干燥具有含氮生物聚合物的金属络合物；和

(c)在惰性气体气氛下，在500℃～900℃的温度下，热解具有含氮生物聚合物的金属络合物，以得到基于含氮生物聚合物的催化剂。

在一个实施方案中，在本发明的方法中，金属前体含有过渡金属。

在另一个实施方案中，在本发明的方法中，金属前体含有选自锰、铁、钌、钴、铑、镍、钯、铂和铜的过渡金属。

在优选的实施方案中，在本发明的方法中，金属前体含有选自锰、铁、钴、镍和铜的过渡金属。特别优选的过渡金属是钴或镍，更优选钴。