[发明专利]一种吡啶鎓盐类金属钴卟啉及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种吡啶鎓盐类金属钴卟啉及其制备方法和其在高活性催化CO₂环加成反应中的应用，其中，该金属钴卟啉为5,10,15,20‑四(4‑(3‑(4‑(N‑乙基)溴化吡啶)吡唑基)苯基)钴(II)卟啉，属吡啶鎓盐类，是水溶性阳离子。本发明的有益之处在于：本发明提供的金属钴卟啉，在其结构中，中心金属钴可以作为Lewis酸，外围吡啶鎓盐可以作为Lewis碱，起到协同催化作用，经验证，该金属钴卟啉在二氧化碳与环氧化物的环加成反应中表现出了优异的催化活性和选择性，其催化环氧氯丙烷的TON和TOF可分别达到4320h^‑1和529h^‑1，选择性都超过了99％。

技术领域

本发明涉及一种化合物及其制备方法和应用，具体涉及一种吡啶鎓盐类金属钴卟啉及其制备方法和其在高活性催化CO₂环加成反应中的应用，属于化学技术领域。

背景技术

由金属卟啉组成的酶在动植物体内广泛存在，如动物血液中、植物叶绿素中等，但是其稳定性差、费用高、对环境灵敏、重复率低，这些都限制了其发展。因此，研究金属卟啉的仿生催化剂具有很重要的意义，合成出来的金属卟啉可以应用在生物化学、生物酶、生物模拟和光催化等方面。

由于环境以及成本等各方面的因素，CO₂的固定具有非常好的发展前景，其环加成反应得到的内酯可以做为电极材料以及聚碳酸酯的底物等。因此，CO₂环加成反应具有重要的研究意义。

CO₂环加成反应的催化剂主要有金属配合物、离子液体及金属氧化物催化剂。其中，金属卟啉在CO₂和环氧化物的加成反应中具有优良的催化活性。文献有报道，季铵盐型的金属卟啉催化活性最好，可能是金属中心(Lewis酸)和卟啉外围的季铵盐(Lewis碱)起到了协同催化作用。但是文献报道的季铵盐型的金属卟啉合成较繁琐，催化剂难以回收。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种季铵盐型的金属卟啉的替代物——吡啶鎓盐类金属钴卟啉，该吡啶鎓盐类金属钴卟啉不仅合成步骤简洁、易操作，而且在二氧化碳与环氧化物的环加成反应中具有优异的催化活性和选择性，并且易回收。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种金属钴卟啉，其特征在于，该金属钴卟啉为5,10,15,20-四(4-(3-(4-(N-乙基)溴化吡啶)吡唑基)苯基)钴(II)卟啉，属吡啶鎓盐类，水溶性阳离子，结构式如下：

前述的金属钴卟啉的制备方法，其特征在于，以5,10,15,20-四(4-(3-(4-(N-乙基)溴化吡啶)吡唑基)苯基)卟啉和醋酸钴为原料，先通过加热回流制备得到粗产品，再通过纯化得到最终产品，反应方程式如下：

前述的金属钴卟啉的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

Step1：将5,10,15,20-四(4-(3-(4-(N-乙基)溴化吡啶)吡唑基)苯基)卟啉溶于水中，然后加入醋酸钴，加热回流，直至反应完毕；

Step2：将溶液冷却至室温，向溶液中加入过量的NH₄PF₆使钴卟啉沉淀完全，抽滤，固体用无水乙醚洗涤多次，干燥，得到粗产品；

Step3：用丙酮溶解粗产品，向溶液中加入过量的四丁基溴化铵使钴卟啉以溴盐的形式沉淀完全，抽滤，固体用丙酮洗涤多次，自然干燥，得到最终产品。

本发明的有益之处在于：