[发明专利]一种利用纳米氧化铝催化烯烃环氧化合成环氧化合物的方法

说明书

本发明属于有机合成与催化领域，公开了一种利用纳米氧化铝催化烯烃环氧化合成环氧化合物的方法。该方法包括如下步骤：在反应器中加入溶剂、烯烃、纳米氧化铝和脂肪醛，得混合液，混合液中烯烃为原料，纳米氧化铝为催化剂，脂肪醛为还原剂，将反应容器抽真空后通入氧气，加热、搅拌反应，反应结束后得反应液，将反应液分离纯化，得到所述环氧化合物。本发明方法使用的催化剂廉价易得、反应条件温和、对底物适用性广，且操作安全简单，具有潜在的工业应用前景。

技术领域

本发明属于有机合成与催化领域，具体涉及一种利用纳米氧化铝催化烯烃环氧化合成环氧化合物的方法。

背景技术

烯烃的环氧化反应是一种非常重要的氧化反应，因为反应得到的环氧化合物在环氧树脂、涂料以及表面活性剂等化学品的生产中有着广泛的应用。另外，环氧化合物也是一类重要的有机合成中间体，如通过环氧化合物的亲核开环反应可以得到一系列功能分子，可进一步合成医药分子、农药和香料等化学品。因此，发展高效的催化剂，实现烯烃选择性环氧化反应具有非常重要的意义(Q.H.Xia,H.Q.Ge,C.P.Ye,Z.M.Liu,K.X.Su,Chem.Rev.2005,105,1603–1662；O.A.Wong,Y.Shi,Chem.Rev.2008,108,3958–3987；K.P.Bryliakov,Chem.Rev.2017,117,11406-11459；W.Yan,G.Zhang,H.Yan,Y.Liu,X.Chen,X.Feng,X.Jin,C.Yang,ACS Sustainable Chem.Eng.2018,6,4423-4452；Y.Zhu,Q.Wang,R.G.Cornwall,Y.Shi,Chem.Rev.2014,114,8199-8256)。

目前报道用于烯烃的环氧化反应的氧化剂包括过氧酸(A.J.Jensen,K.Luthman,Tetrahedron Lett.1998,39,3213-3214)、亚碘酰苯(S.Mukerjee,A.Stassinopoulos,J.P.Caradonna,J.Am.Chem.Soc.1997,119,8097-8098；Y.Murakami,K.Konishi,J.Am.Chem.Soc.2007,129,14401-14407)、双氧水(B.S.Lane,K.Burgess,Chem.Rev.2003,103,2457-2473；O.Cussó,X.Ribas,J.Lloret-Fillol,M.Costas,Angew.Chem.Int.Ed.2015,54,2729–2733；Y.Nakagawa,K.Kamata,M.Kotani,K.Yamaguchi,N.Mizuno,Angew.Chem.Int.Ed.2005,44,5136–5141；N.Mizuno,S.Uchida,K.Kamata,R.Ishimoto,S.Nojima,K.Yonehara,Y.Sumida,Angew.Chem.Int.Ed.2010,49,9972–9976)、叔丁基过氧化氢(D.Banerjee,R.V.Jagadeesh,K.Junge,M.-M.Pohl,J.Radnik,A.Brückner,M.Beller,Angew.Chem.Int.Ed.2014,53,4359–4363；M.Shokouhimehr,Y.Piao,J.Kim,Y.Jang,T.Hyeon,Angew.Chem.Int.Ed.2007,46,7039–7043)和氧气(T.Mukaiyama,T.Yamada,Bull.Chem.Soc.Jpn.1995,68,13-35)。由于氧气廉价易得、容易处理和无毒的性质，以氧气为氧化剂越来越得到化学家和工业界人士的关注。过去几十年，很多过渡金属催化剂包括锰(L.Hadian-Dehkordi,H.Hosseini-Monfared,P.Aleshkevych,Inorg.Chim.Acta 2017,462,142-151；S.Mohebbi,F.Nikpour,S.Raiati,J.Mol.Catal.A2006,256,265–268)、钴(N.V.Maksimchuk,M.S.Melgunov,Y.A.Chesalov,J.A.B.O.A.Kholdeeva,J.Catal.2007,246,241–248)、铜(Y.Qi,Y.Luan,J.Yu,X.Peng,G.Wang,Chem.Eur.J.2015,21,1589–1597；G.Yang,H.Du,J.Liu,Z.Zhou,X.Hu,Z.Zhang,Green Chem.,2017,19,675-681)、钯(X.He,L.Chen,X.Zhou,H.Ji,Catal.Commun.2016,83,78–81)、钌(P.Mekrattanachai,J.Liu,Z.Li,C.Cao,W.Song,Chem.Commun.2018,54,1433–1436)等等被报道用于烯烃的氧气环氧化反应。而为了便于催化剂与产物的分离以及催化剂的回收再利用，发展高效的非均相催化剂尤其重要。例如，Wang等人发现利用铜金属有机框架材料作为非均相催化剂，可以在温和条件下实现烯烃的环氧化反应，催化剂循环使用15次活性仍然保持(Y.Qi,Y.Luan,J.Yu,X.Peng,G.Wang,Chem.Eur.J.2015,21,1589–1597)。Hosseini-Monfared等人则报道了利用手性酒石酸稳定的磁性纳米四氧化三铁在室温条件下催化烯烃的不对称环氧化反应合成手性环氧化合物，催化剂回收使用5次活性保持不变(L.Hadian-Dehkordi,H.Hosseini-Monfared,GreenChem.2016,18,497–507)。Pereira等人利用纳米四氧化三铁负载的锰卟啉配合物催化烯烃的环氧化反应(L.D.Dias,R.M.B.Carrilho,C.A.Henriques,M.J.F.Calvete,A.M.Masdeu-Bultj,C.Claver,L.M.Rossi,M.M.Pereira,ChemCatChem 2018,10,2792–2803)。