[发明专利]一种催化氧化甘油制备丙醇二酸的方法

说明书

本发明公开了一种催化氧化甘油制备丙醇二酸的方法，以钾修饰氮掺杂介孔碳材料负载Pt为催化剂，在温和及非碱性条件下催化氧化甘油一步制备丙醇二酸，所述温和条件为：反应温度低于60℃及常压条件。以钾物种对氮掺杂介孔碳材料进行修饰，提高了载体的碱性；其二，以上述钾修饰氮掺杂介孔碳材料为载体制备了负载型Pt基催化剂，提高了Pt催化剂的催化氧化活性；其三，在温和、非碱性条件下催化氧化甘油一步制备丙醇二酸，避免了碱的使用和相关副反应的发生。

技术领域

本发明涉及一种丙醇二酸的方法，具体涉及一种催化氧化甘油制备丙醇二酸的方法。包括钾修饰氮掺杂介孔碳材料负载Pt催化剂的制备及其催化氧化甘油制备丙醇二酸的方法，该方法在较温和的温度及非碱性条件下即可实现高效催化氧化甘油一步制备丙醇二酸。属于化学化工领域。

背景技术

丙醇二酸是一种附加值较高的平台化学品，在医药领域得到广泛应用，能抑制人体内糖类转化为脂肪，阻止体内脂肪堆积，有减肥和预防冠心病的功效(Green Chemistry,2011,13,1960-1979)。工业上丙醇二酸主要是由马来酸作为原料，通过高锰酸钾氧化法制备，具有生产成本高，污染严重等缺点(RSC Advance,2016,6,41007-41010)。因此，通过绿色及原子经济性的化学选择性催化氧化甘油途径制备丙醇二酸具有明显的应用潜力。

负载型金属(Au,Pd和Pt)催化剂在碱性条件下具有良好的催化效果，在温和条件下可以实现甘油的完全转化(Catalysis Today,2005,102,203-212.)。然而，在大多数的工作中，甘油酸为主要产物，丙醇二酸则为副产物(Accounts of Chemical Research,2015,48,1403-1412)。因此，为了提高丙醇二酸的产率，可以提高负载型贵金属催化剂的催化氧化活性，以及抑制过度氧化产物的生成。

催化氧化甘油直接制备丙醇二酸的研究报道并不多。Kimura等人做了第一次尝试，他们以铈和铋为催化剂助剂，制备了以活性炭为载体的钯(Ce-Bi-Pd/C)和钯/铂(Ce-Bi-Pd-Pt/C)催化剂，实现了甘油的完全转化，丙醇二酸的收率达到了58％，催化反应机理的研究也证实了甘油首先氧化生成甘油酸，然后继续氧化生成丙醇二酸(PatentJP199395253,1994)。徐杰等人2014年报道了用Au/HY催化剂在温和条件下制备丙醇二酸，甘油的转化率达98％，丙醇二酸的收率为80％。研究表明小尺寸的Au纳米颗粒对生成丙醇二酸有明显的促进作用(Chinese Journal of Catalysis,2014,35,1653-1660)。Chaudhari等人2017年报道了用相转变的PtFe纳米复合物催化剂，在温和条件下将甘油氧化成丙醇二酸，收率达到了59％，其催化活性的提高是因为Pt-Fe双金属的结构从无序的面心立方(fcc)转变到有序和晶格畸变的面心四方(fct)(IndustrialEngineeringChemistry Research,2017,56,13157-13164)。

然而，上述反应都是在碱性条件下进行的，强碱的存在使反应体系中部分产物间可相互转化，从而掩盖了催化剂的产物选择性本质，增大了产物分析、分离和催化剂作用机理研究的难度(Chinese Journal of Catalysis,2017,38,537-544)。因此，有必要开发非碱性催化体系用于甘油催化氧化制备丙醇二酸。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种在较温和的温度及非碱性条件下催化氧化甘油一步制备丙醇二酸方法。以钾元素对氮掺杂介孔碳材料进行修饰，提高载体的碱性；其二，以上述钾修饰氮掺杂介孔碳材料为载体制备了负载型Pt基催化剂，提高了Pt催化剂的催化氧化活性；其三，在温和、非碱性条件下催化氧化甘油一步制备丙醇二酸，避免碱的使用和相关副反应的发生。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种催化氧化甘油制备丙醇二酸的方法，以钾修饰氮掺杂介孔碳材料负载Pt为催化剂，在温和及非碱性条件下催化氧化甘油水溶液一步制备丙醇二酸。