一种催化糠醛制备环戊酮的方法技术

本发明专利技术涉及一种催化糠醛制备环戊酮的方法。先使用二氨基顺丁烯二腈、钴盐与活性炭一锅法反应得到的配合物干燥后，在保护气氛下高温煅烧得到氮掺杂碳负载的钴催化剂；然后使用含钴催化剂，用水作溶剂，在高压釜中加入糠醛，充入氢气，在一定的反应温度下反应得到产物环戊酮。该催化剂制备方法简单，催化糠醛高度选择性的加氢制备环戊酮，催化效果好，易于回收重复使用，具有很好的工业应用前景。具有很好的工业应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种催化糠醛制备环戊酮的方法


[0001]本专利技术涉及一种制备环戊酮的方法，尤其涉及一种先制备钴催化剂再催化糠醛制备环戊酮的方法。

技术介绍

[0002]环戊酮是一种重要的精细化工中间体，是香料和医药工业的重要原材料。环戊酮可以用于制备茉莉酮、白兰酮、2
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正己基环戊酮等多种抗炎、抗癌药物，也可用于合成杀虫剂、除草剂以及橡胶合成。同时，由于它对各种树脂具有很好的溶解性，环戊酮在电子行业中作为溶剂也得到了广泛的应用。
[0003]目前环戊酮工业生产方法主要是己二酸热解法，这是目前工业上生产环戊酮的主要方法，但是由于该方法存在原料稀缺、价格昂贵及环境污染等问题，使其逐渐被工厂所淘汰。此外，使用Wacker催化剂氧化环戊烯制备环戊酮反应效果良好，但是该体系主要以氯化钯和氯化铜作为活性成分，导致反应过程中会生成含氯副产物，不仅对反应设备有较大的腐蚀作用，还会引起副产物的生成。
[0004]随着全球能源危机及环境污染问题的日益凸显，对可替代能源的需求正急速增加。利用可再生生物质生产化学品对于未来化学工业的可持续发展具有重要意义。糠醛在工业上现如今以低价的农业副产物(如玉米芯、甘蔗渣、秸秆等)作为原料大规模生产，中国是糠醛生产和出口大国，因此以去离子水作为溶剂，非均相催化剂催化糠醛选择性加氢制备环戊酮的工艺方法，绿色高效，具有很好的工业应用前景。
[0005]中国专利文件201810430384.9，公开了一种以PtCu水滑石催化剂催化糠醛转化制备环戊酮的方法，该催化剂以水滑石为前体制得含Cu催化剂前体，氢气氛中还原后，再利用少量Pt
2+
与含Cu催化剂前体反应，得到PtCu催化剂，催化糠醛转化制备环戊酮反应过程是在水相中进行的，且氢气压力较低，但是该催化剂制备过程相对复杂且要用到贵金属，不适合大规模生产。Lei Huang等人以MOF为模板，通过热解法制备了一系列高度分散的Co
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Ni多孔含氮碳基多功能催化剂(Fuel,2021,289:119910)，结果表明，Co
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Ni合金具有较强的双金属协同效应，N物种的引入影响了催化剂的理化性能，从而提高了催化性能，但是反应产物环戊酮的选择性不高。Wanbing Gong等人提出了一种以三聚氰胺为碳氮源的一锅热解法，制备了包覆在氮掺杂碳纳米管上的钴催化剂(Catal.Sci.Technol,2018,8:5506
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5514)，该催化剂能够在水介质中将糠醛选择性加氢制糠醇和环戊酮，但是该反应过程中糠醛在水溶液中的浓度较低，环戊酮收率不高，同时反应压力较大，不利于控制生产成本。Guoming Gao等人将磷引入Ni/Al2O3中(Catal.Sci.Technol,2021,11:575
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593)，通过改变酸性位的分布，调整金属位的加氢活性，达到了将糠醛转化为环戊酮的目的，但是该催化剂制备方法复杂，且制备催化剂过程中引入的磷也会产生废液，因此不适合大规模生产。中国专利文件201911157617.3，公开了一种Cu/SiO2催化剂催化糠醛转化制备环戊酮的方法，该催化剂以水为溶剂，经100
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120℃预热后，在间歇式搅拌反应釜中催化糠醛加氢制备环戊酮，但是该反应产物环戊酮收率不高，反应氢气压力过大仍限制了其大规模生产。因此开发出低价绿
色的非均相催化剂，用于在水相、低压条件下高选择性的催化糠醛制备环戊酮的工艺方法，具有很好的工业应用前景。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是为了改进现有技术的不足而提供了一种催化糠醛制备环戊酮的方法，通过控制反应条件催化糠醛高度选择性加氢制备环戊酮。催化效果好，催化剂可重复回收使用，具有很好的工业应用前景。
[0007]本专利技术的技术方案为：一种催化糠醛制备环戊酮的方法，其具体步骤如下：a)钴催化剂的制备：使用二氨基顺丁烯二腈、钴盐与活性炭一锅法反应，反应的配合物经干燥后，在保护气氛下高温煅烧得到氮掺杂碳负载的钴催化剂；b)环戊酮的制备：用水作溶剂，在高压釜中加入糠醛和步骤a)制得的钴催化剂，充入氢气，在一定的反应温度下反应得到产物环戊酮。停止加热后冷却至室温，检测糠醛的转化率和环戊酮的选择性。
[0008]优选步骤a)中所述的钴盐为含钴的硝酸盐、氯化物或乙酸盐；钴盐中金属钴与二氨基顺丁烯二腈的摩尔比为1:(1
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3)，钴盐中金属钴占金属钴、二氨基顺丁烯二腈和活性炭的总质量为10％
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30％。
[0009]优选步骤a)中所述的一锅法反应的温度为80
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120℃，反应时间为10
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30h；高温煅烧的温度为600
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900℃，升温速率是3
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6℃/min，煅烧时间为1
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3h。
[0010]优选步骤b)中所述的钴催化剂的加入质量为糠醛质量的5％
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30％；水的质量为糠醛质量的2
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30倍。
[0011]优选步骤b)中充入氢气的压力为1.0MPa
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3.0MPa；反应温度为140
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190℃；反应时间为3
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20h。
[0012]本专利技术的原理如下所示：
[0013][0014]有益效果：
[0015]本专利技术提供的钴催化剂所用的制备方法简单，以水作为反应溶剂，通过控制反应条件催化糠醛高度选择性加氢制备环戊酮，反应路径绿色环保，催化剂可重复回收使用，具有很好的工业应用前景。
具体实施方式
[0016]实施案列1：
[0017]将249mgCo(OAc)2·
4H2O(1mmol)，108mg二氨基顺丁烯二腈(1mmol)溶解在15mlDMF中室温搅拌半个小时。之后加入活性炭50mg，80度升温搅拌10h，混合物冷却至室温。过滤去除溶剂，然后置于80℃真空烘箱中干燥，然后将固体于氮气氛围下在管式炉中煅烧到温度为600℃，升温速率为3℃/min,在该温度下保持1h,自然冷却至室温，得到催化剂A1。
[0018]实施案列2：
[0019]将291mg Co(NO3)2·
6H2O(1mmol)，216mg二氨基顺丁烯二腈(2mmol)溶解在15mlDMF中室温搅拌半个小时。之后加入活性炭100mg，80度升温搅拌24h，混合物冷却至室
温。过滤去除溶剂，然后置于80℃真空烘箱中干燥，然后将固体于氮气氛围下在管式炉中煅烧到温度为700℃，升温速率为3℃/min,在该温度下保持2h,自然冷却至室温，得到催化剂A2。
[0020]实施案列3：
[0021]将249mgCo(OAc)2·
4H2O(1mmol)，216mg二氨基顺丁烯二腈(2mmol)溶解在15mlDMF中室温搅拌半个小时。之后加入活性炭200mg，100度升温搅拌24h，混合物冷却至室温。过滤去除溶剂，然后本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种催化糠醛制备环戊酮的方法，其具体步骤如下：a)钴催化剂的制备：使用二氨基顺丁烯二腈、钴盐与活性炭一锅法反应，反应的配合物经干燥后，在保护气氛下高温煅烧得到氮掺杂碳负载的钴催化剂；b)环戊酮的制备：用水作溶剂，在高压釜中加入糠醛和步骤a)制得的钴催化剂，充入氢气，在一定的反应温度下反应得到产物环戊酮。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤a)中所述的钴盐为含钴的硝酸盐、氯化物或乙酸盐。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤a)中钴盐中金属钴与二氨基顺丁烯二腈的摩尔比为1:(1
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3)，钴盐中金属钴占金属钴、二氨基顺丁烯二腈和活性炭的总质量为10％
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30％。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤a)中所述的一锅法反...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄军，李冬青，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：