[发明专利]一种水相光催化芳烃加氢的方法

说明书

本发明公开了一种水相光催化芳烃加氢的方法，以半导体材料硼氮碳为光催化剂，在室温、可见光光照条件下，以水为氢源实现芳烃的加氢。本发明首次将硼氮碳材料用于光催化加氢反应，反应过程操作简单，所用溶剂为水，催化效果好，且在可见光下即可进行，条件温和，成本低，符合实际生产需要，具有极大的应用潜力。

技术领域

本发明属于光催化有机合成技术领域，具体涉及一种水相光催化芳烃加氢的方法。

背景技术

芳烃加氢是一种很重要的有机转换，其形式上是共轭芳环被氢原子加成去芳构化而形成烯烃或烷烃类化合物。这种技术在工业、农业和医药界中有着重要应用，例如，苯环加氢得到的含1,4-环己二烯类化合物可作为生物活性分子、天然产物、香料和聚合物材料的原料。

Birch还原是最著名的芳烃加氢的方法，然而该反应需要以液氨作为溶剂，并加入易自燃的碱金属锂或者钠在低温下产生溶剂化电子，才能实现加氢(J.Am.Chem.Soc.2020,142,13573-13581.)。传统工业上采用高温高压氢气还原法，该方法往往需要使用贵金属或者过渡金属(Ru，Rh，Pd，Ni，Co等)催化反应的进行，存在原子经济性较低和合成成本高的问题(Coord.Chem.Rev.2016,314,134–181；J.Am.Chem.Soc.2018,140,8624–8628.)。因此，寻找和发展芳烃加氢的绿色方法一直是科研工作者的研究热点。

利用光催化技术实现芳烃加氢更符合绿色合成化学。课题组报道了光催化芳烃加氢的转化路线，该路线使用较为昂贵的Ir[dF(CF₃)ppy]₂(dtbpy)PF₆作为光敏剂，DMF作为反应溶剂，从而实现高效的转化，不过这种方法催化剂无法循环利用且反应成本较高(Angew.Chem.Int.Ed.2019,58,14289–14294.)。因此，需要发展一种催化剂简单易得、反应操作简便、反应条件温和、绿色环保以及成本低廉的创新方法。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种水相光催化芳烃加氢的方法，其具有更高的选择性、更温和的反应条件以及经济适用性。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种水相光催化芳烃加氢的方法，以半导体材料硼氮碳为光催化剂，水为溶剂，在室温、可见光光照条件下，将芳烃加氢；其反应方程式如下：

其中，所述芳烃为含苯环以及共轭杂环化合物。

所述硼氮碳材料具类石墨结构，制备包括以下步骤：

(1)将尿素、硼酸和柠檬酸以质量比(1-10)：(1-5)：(1-10)研磨混合均匀；

(2)将步骤(1)得到的混合粉末在氨气气氛下1000～1200℃煅烧1-6h，得到硼氮碳光催化剂，由图1的等温吸脱附曲线，根据BET(Brunauer-Emmet-Teller)公式，可得BCN材料的比表面积为600-900m²/g；由图2的紫外可见漫反射谱图，可见BCN材料是可见光响应的材料，其吸收带边在400-600nm。

利用半导体水相光催化加氢芳烃的具体操作是将光催化剂，表面活性剂和芳烃加入溶剂中，在室温、可见光光照条件下搅拌反应7-24h；反应结束后用二氯甲烷或乙酸乙酯对反应液进行萃取并滤去光催化剂，合并有机相，干燥，过滤，减压蒸馏溶剂，得粗产物，再经柱层析提纯得到加氢去芳构化后的烯烃或者烷烃化合物。

其中，所用光催化剂和芳烃的质量比为0.3:1。

所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵，十二烷基硫酸钠或月桂醇硫酸酯钠。

所述溶剂为水。

所述柱层析提纯采用纯石油醚或者体积比为5:1～200:1的石油醚与乙酸乙酯混合溶剂作为洗脱液。