[发明专利]一种氮硅共掺杂碳基铁催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种氮硅共掺杂碳基铁催化剂及其制备方法和应用，该氮硅共掺杂碳基铁催化剂以氮、硅共掺杂的碳材料为载体，该载体上负载有铁元素，该铁元素以铁单原子、硅酸铁和零价铁的形式同时存在，制备方式可通过将2‑甲基咪唑、苯胺、水溶性铁盐和硝酸锌在水中形成混合溶液，加入硅酸四乙酯，混匀，离心分离，得固体，水洗，干燥，然后在保护气氛下进行煅烧而得，实验表明该氮硅共掺杂碳基铁催化剂对吡咯及其衍生物的合成显示出优异的催化性能，有利于高效高选择性地得到吡咯及其衍生物。

技术领域

本发明涉及一种氮硅共掺杂碳基铁催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

吡咯是一类重要的杂环化合物，是各种天然产物和药物分子的核心骨架。常见含吡咯环的药物分子的全合成方法，需要硝基芳烃加氢生成苯胺，其实验操作相对繁琐且不符合绿色化学策略；也有通过Paal-Knorr合成法将硝基芳烃和1,4-二酮化合物反应合成吡咯类化合物的方式，但目前还存在收率较低、选择性不高等缺陷。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的一个或多个不足，提供一种新型氮硅共掺杂碳基铁催化剂在合成吡咯及其衍生物中的用途，该催化剂对吡咯及其衍生物的合成显示出优异的催化性能，有利于高效高选择性地得到吡咯及其衍生物。

本发明同时还提供了一种上述新型的氮硅共掺杂碳基铁催化剂。

本发明同时还提供了一种上述新型的氮硅共掺杂碳基铁催化剂的制备方法。

为达到上述目的，本发明采用的一种技术方案是：一种氮硅共掺杂碳基铁催化剂在催化合成吡咯及其衍生物中的应用，该氮硅共掺杂碳基铁催化剂以氮、硅共掺杂的碳材料为载体，该载体上负载有铁元素，该铁元素以铁单原子、硅酸铁和零价铁的形式同时存在。

根据本发明的一些优选方面，所述应用包括：使硝基芳烃、2，5-己二酮、有机碱、甲酸在所述氮硅共掺杂碳基铁催化剂存在下，发生催化反应，生成吡咯及其衍生物。

进一步地，所述硝基芳烃具有式(I)所示结构：式(I)中，R₁为H、F、Cl、Br、I、C_1-6烷基、卤代的C_1-6烷基、氰基、硝基、C_1-6烷氧基、R₂、R₃独立地为苯基、C_1-6烷基、卤代的C_1-6烷基，n为0、1、2、3或4；

或R₁与其连接的苯环构成共用2个碳的稠环，该稠环为

所述吡咯及其衍生物具有如下式(II)所示结构：式(II)中，R₁和n同式(I)中的定义。

在本发明的一些实施方式中，C_1-6烷基可以为甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、异丁基等，卤代的C_1-6烷基可以为采用F、Cl、Br、I中的一个或多个取代基取代的甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、异丁基等，C_1-6烷氧基可以为甲氧基、乙氧基、丙氧基等。

在本发明的一些优选且具体的实施方式中，所述硝基芳烃为选自如下化合物中的一种或多种的组合：

根据本发明的一些优选方面，所述硝基芳烃、所述2，5-己二酮、所述有机碱、所述甲酸的投料摩尔比为1∶10～20∶1-3∶3-7。

根据本发明的一些优选方面，以所述硝基芳烃的投料摩尔量为基准，每添加1毫摩尔所述硝基芳烃投加60-100mg所述氮硅共掺杂碳基铁催化剂。

根据本发明的一些优选方面，所述有机碱为选自1，8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯(DBU)、三乙胺、吡啶、吗啡啉中的一种或多种的组合。