[发明专利]一种一步光催化木质素解聚及胺化合成含氮芳香化合物的方法

说明书

一种一步光催化木质素解聚及胺化合成含氮芳香化合物的方法，属于木质素应用技术领域。本发明是以木质素或其模型化合物作为反应底物溶于溶剂，在光源激发、光催化剂催化下，在助剂及氮源的辅助下室温反应6～24小时，进行C‑C键的选择性裂解及胺化，从而合成含氮芳香化合物；木质素或其模型化合物、光催化剂、助剂、氮源的摩尔比100：(1～20)：(1～100)：100。本发明具有反应步骤简单、反应条件温和、断键选择性高、产物选择性高、100％原子效率、环保、一步反应实现C‑C键的选择性裂解及胺化、可连续加料、对天然木质素具有良好的降解效果、肼类产物进一步反应可得到氮杂环化合物等优点。

技术领域

本发明属于木质素应用技术领域，具体涉及一种一步光催化木质素解聚及胺化合成含氮芳香化合物的方法。

背景技术

石油是一种不可再生资源，寻求可持续的石油替代品是顺应当代社会可持续发展的需要。木质纤维素是地球上最丰富的含碳生物质，它主要由纤维素、半纤维素以及木质素组成。其中，木质素的储量仅次于纤维素，是第二多可再生生物质资源，也是自然界唯一的含芳基的非化石基资源。但是，木质素至今也没有得到大量而广泛地应用，其大多作为造纸废水被排放，或者焚烧，这不仅造成严重的环境污染，更是白白浪费掉大自然恩赐给人类的一大资源。

木质素是由三种苯丙烷结构单体以C-O键或C-C键连接而成的生物大分子，其通过一定的共价键和氢键与纤维素和半纤维素交联在一起组成了三维空间交联结构，使植物细胞壁具有足够的强度以保护植物细胞。木质素的结构十分复杂，是由苯基丙烷类结构单元(紫丁香基丙烷单元S、愈创木基丙烷单元G、对羟基苯基丙烷单元H)通过碳-碳键和醚键连接而成的具有三维网状结构的高分子聚合物。木质素的复杂结构、难提取分离特性和稳定的化学键使得其降解应用非常困难。目前，由于C-O键的低能垒，木质素的降解主要集中在C-O键的断裂上，已经开发出多种有效的C-O键断裂的方法，例如，氢化、氧化、歧化、酸解、碱解等。而C-C键的惰性和较高的能垒，其断裂存在着巨大的挑战。目前C-C键的裂解主要集中在热诱导体系(钒、铜、铁、铱、铑、钌等金属催化)和光诱导体系(钒、铱等金属催化和一些复合纳米材料)上。

目前，木质素C-C键的裂解存在以下几个问题：1)反应条件苛刻，需要高温或高压；2)反应步骤繁琐，一般需要经历多步反应；3)断键选择性差，通常伴随着C-O键的裂解；4)产物选择性差，会产生多种产物。因此，实现温和条件下高效、高选择性地断裂木质素C-C键的催化体系还有待开发。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，克服背景技术的不足，提供一种步骤简单、反应条件温和的高效、高选择性的一步光催化木质素解聚及胺化合成含氮芳香化合物的方法。

一种一步光催化木质素解聚及胺化合成含氮芳香化合物的方法，其特征在于：以木质素或其模型化合物作为反应底物，将木质素或其模型化合物溶于溶剂，在光源激发的条件下，在光催化剂催化下，在助剂及氮源的辅助下，进行C-C键的选择性裂解及胺化，从而合成含氮芳香化合物；木质素或其模型化合物、光催化剂、助剂、氮源的摩尔比100：(1～20)：(1～100)：100，反应温度为室温，反应时间为6～24小时。

所述光源为蓝光(λ＝407nm～505nm)LED灯、紫光(λ＝380nm～470nm)LED灯、紫外(λ＝200nm～380nm)LED灯等；

所述光催化剂为三氯化铈、三溴化铈、二(四正丁基胺基)六氯化铈[(nBu₄N)₂CeCl₆]、三氟甲磺酸铈等；

所述助剂为四丁基氯化铵、四丁基氟化铵、四丁基溴化铵、四丁基碘化铵、四丁基氯化磷、四丁基氟化磷、四丁基溴化磷、四丁基碘化磷等；

所述氮源为偶氮二甲酸二乙酯、偶氮二甲酸二异丙酯、偶氮二甲酸二异叔丁酯等；