本發明涉及催化材料,更具體地說,它涉及一種有機光催化材料及其制備方法。
背景技術:
1、近年來,光催化領域研究進入高速發展軌道。該技術憑借其天然的綠色屬性和可持續發展潛力,已成為綠色化學理念、推動可持續發展的重要技術支撐點。其中,可見光催化憑借其獨特優勢脫穎而出。可見光在地球表面廣泛存在,來源豐富且成本低廉,利用可見光驅動化學反應,避免了傳統高溫、高壓等苛刻反應條件,減少了能源消耗與環境污染,符合當下綠色化學發展趨勢。基于可見光催化的有機合成策略,展現出清潔無污染、反應速率快、條件溫和易操作以及選擇性良好的突出性能,逐漸發展為有機化學領域的熱門研究方向,科研團隊在該領域持續發力,取得了一系列具有影響力的研究進展。
2、硝基化合物可以看作是1個碳氫分子中的1個或多個氫原子被1個硝基(-no2)取代后形成的衍生物,根據不同的羥基可分為脂肪族硝基化合物(r-no2)和芳香族硝基化合物(ar-no2)。硝基化合物是有機合成中一類重要的化合物,廣泛存在于藥物、農藥、材料等領域。硝基化合物的偶聯反應是構建碳-碳、碳-雜原子鍵的有效方法,在有機合成中占據關鍵地位。通過偶聯反應,能夠將簡單的硝基化合物轉化為結構復雜、功能多樣的有機分子,極大地豐富了有機化合物的種類,為創新藥物研發、高性能材料制備等提供了有力的技術支撐。
3、在過去對硝基化合物偶聯反應的研究和實際操作中,過渡金屬催化劑經常被用來促進反應。但用這種催化劑進行反應時,對反應條件的要求比較高。就拿過渡金屬鈀(pd)、銅(cu)來說,它們在催化硝基化合物偶聯反應方面發揮了巨大作用,推動了有機合成領域的發展,但其催化過程仍面臨顯著的熱力學挑戰。在鈀催化體系中,還原消除這步較難,需要跨越極高的反應能壘;而在銅催化體系中,氧化加成步驟也存在明顯的動力學障礙。目前,為促進反應順利進行,常采用高溫反應環境或設計特殊配體的方法,但這些策略不僅增加了能耗與操作復雜性,也限制了催化體系的底物普適性和實際應用場景拓展。
技術實現思路
1、本發明提供了一種有機光催化材料及其制備方法,采用可見光催化法,能在溫和條件下合成硝基化合物,進一步為含氮藥物中間體的制備提供了綠色、高效的新路徑。
2、第一方面,本發明提供一種有機光催化材料的制備方法,包括以下步驟:
3、將改性n-羥基鄰苯二甲酰亞胺苯乙酸酯、脂肪族硝基烷烴、2,6-二甲基吡啶、光催化劑和溶劑混合后,在可見光照射下,置于惰性氣氛中,攪拌反應2~8h,經后處理得到產物,制得最終產物。
4、優選的,所述改性n-羥基鄰苯二甲酰亞胺苯乙酸酯、脂肪族硝基烷烴、2,6-二甲基吡啶、光催化劑和溶劑的質量比為2~5:1~2:1~3:1:8~11。
5、優選的,所述改性n-羥基鄰苯二甲酰亞胺苯乙酸酯由n-羥基鄰苯二甲酰亞胺、4-二甲氨基吡啶、二氯甲烷、乙酸和二環己基碳二亞胺制得。
6、優選的,所述脂肪族硝基烷烴選自硝基乙烷、硝基甲烷、硝基丙烷、2-硝基丙烷中的一種。
7、優選的,所述光催化劑選自ir(ppy)3和/或曙紅。
8、優選的,所述溶劑選自乙酸乙酯、乙腈、四氫呋喃、二氯甲烷、甲醇、乙醇、甲苯中的至少一種。
9、優選的,所述改性n-羥基鄰苯二甲酰亞胺苯乙酸酯的合成方法為:將n-羥基鄰苯二甲酰亞胺、4-二甲氨基吡啶、二氯甲烷混合,繼續加入乙酸,再加入二環己基碳二亞胺,將反應體系置于25~35℃條件下,攪拌后靜置12~24h,過濾,洗滌,濃縮,純化后制得。
10、優選的,所述n-羥基鄰苯二甲酰亞胺、4-二甲氨基吡啶、二氯甲烷、乙酸和二環己基碳二亞胺的質量比為8~10:1~2:0.1~0.5:10~12:11~13。
11、第二方面,本發明提供一種有機光催化材料的制備方法制得的有機光催化材料。
12、優選的,所述產物的產率為60%~85%。
13、第三方面,本發明提供一種有機光催化材料的的應用,在藥物合成和材料制備中的應用。
14、綜上所述,本發明具有以下有益效果:
15、1、本發明中通過利用可見光催化硝基化合物的偶聯反應,開發以n-羥基鄰苯二甲酰亞胺羧酸酯為中間體的綠色合成路徑,通過系統優化反應條件(堿、溶劑、光催化劑)和底物適用性,解決了傳統硝基化合物烷基化反應中條件苛刻,副反應多,底物范圍窄的問題。篩選最優反應參數,確定三氮雜雙環?(4.4.0)癸-5-烯/丙酮/ir(ppy)3組合為較優條件;驗證底物選擇性,發現直鏈硝基化合物與芐基活性酯適配性更高,位阻大的底物反應受限;最后利用tlc、nmr等確證產物結構。
16、2、本發明通過探究可見光催化反應機制,可以補充光催化在含氮化合物合成中的應用,揭示了底物結構對自由基偶聯反應的影響,實現了室溫下無過渡金屬直接合成,可降低能耗,減少重金屬污染,適用于藥物中間體制備,契合綠色化學需求。此外,融合了光化學,有機合成與綠色化學理念,為傳統合成提供新思路,推動“光催化-藥物合成”交叉領域的發展,助力化學工業向低碳,高效轉型。
17、應當理解的是,以上的一般描述和后文的細節描述僅是示例性和解釋性的,并不能限制本發明的保護范圍。
1.一種有機光催化材料的制備方法,其特征在于,包括以下步驟:
2.根據權利要求1所述有機光催化材料的制備方法,其特征在于,所述改性n-羥基鄰苯二甲酰亞胺苯乙酸酯、脂肪族硝基烷烴、2,6-二甲基吡啶、光催化劑和溶劑的質量比為2~5:1~2:1~3:1:8~11。
3.根據權利要求1所述有機光催化材料的制備方法,其特征在于,所述改性n-羥基鄰苯二甲酰亞胺苯乙酸酯由n-羥基鄰苯二甲酰亞胺、4-二甲氨基吡啶、二氯甲烷、乙酸和二環己基碳二亞胺制得。
4.根據權利要求1所述有機光催化材料的制備方法,其特征在于,所述脂肪族硝基烷烴選自硝基乙烷、硝基甲烷、硝基丙烷、2-硝基丙烷中的一種。
5.根據權利要求1所述有機光催化材料的制備方法,其特征在于,所述光催化劑選自ir(ppy)3和/或曙紅;
6.根據權利要求1所述有機光催化材料的制備方法,其特征在于,所述改性n-羥基鄰苯二甲酰亞胺苯乙酸酯的合成方法為:將n-羥基鄰苯二甲酰亞胺、4-二甲氨基吡啶、二氯甲烷混合,繼續加入乙酸,再加入二環己基碳二亞胺,將反應體系置于25~35℃條件下,攪拌后靜置12~24h,過濾,洗滌,濃縮,純化后制得。
7.根據權利要求6所述有機光催化材料的制備方法,其特征在于,所述n-羥基鄰苯二甲酰亞胺、4-二甲氨基吡啶、二氯甲烷、乙酸和二環己基碳二亞胺的質量比為8~10:1~2:0.1~0.5:10~12:11~13。
8.一種權利要求1~7任一項所述有機光催化材料的制備方法制得的機光催化材料。
9.根據權利要求8所述有機光催化材料,其特征在于,所述產物的產率為60%~85%。
10.一種權利要求8~9任一項所述有機光催化材料的應用,其特征在于,在藥物合成和材料制備中的應用。