基于催化合成胺类化合物的磁性超疏水镍碳纳米复合催化材料的制备方法技术

本发明专利技术属于催化材料制备及有机合成技术领域，尤其涉及基于催化合成胺类化合物的磁性超疏水镍碳纳米复合催化材料的制备方法,包括如下步骤：在容器中，加入含氮聚合物和六水合硝酸镍，以去离子水为溶剂，进行搅拌混合，混合后减压蒸馏去除水分，干燥；将上述得到的产物加入到管式炉中，通过氮气流保护下的可控高温热解得到磁性超疏水镍碳纳米复合催化材料；将硝基苯类化合物和氮杂环类化合物加入到压力反应管中，再加入适量上述得到的催化材料作为催化剂，然后再加入去离子水作为溶剂，通过氮气保护，并加热搅拌反应一定时间，得到苯胺类及含氮芳香杂环类化合物作为产物。及含氮芳香杂环类化合物作为产物。

【技术实现步骤摘要】
基于催化合成胺类化合物的磁性超疏水镍碳纳米复合催化材料的制备方法


[0001]本专利技术属于催化材料制备及有机合成
，尤其涉及基于催化合成胺类化合物的磁性超疏水镍碳纳米复合催化材料的制备方法。

技术介绍

[0002]苯胺类和含氮芳香杂环类化合物作为精细化工的重要中间体，其相应的合成技术备受关注。近几十年来，通过硝基苯类化合物的催化还原制备苯胺类化合物，或通过含氮杂环类化合物的催化氧化制备含氮芳香杂环类化合物，由于具有相对温和的催化条件及良好的底物普适性，已成为有机合成框架体系中的经典催化制备过程。然而，这两类催化制备过程都不可避免地存在着一些问题，如过量外部添加剂(还原剂或氧化剂)的使用，大量废弃副产物的生成等，势必会导致较低的原子经济性和化学专一性。特别是，这两类反应需要分别在不同的催化体系中进行，又进一步提高了相关产物的催化制备成本。此外，在已有的金属基催化转氢反应体系中，副产物水对催化材料性能的影响也是一个技术难点。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于克服上述现有技术中的缺陷，提出了一种基于催化合成胺类化合物的磁性超疏水镍碳纳米复合催化材料的制备方法，该方法实现了苯胺类和含氮芳香杂环类化合物的简单、绿色、低成本、一锅法的催化制备。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0005]基于催化合成胺类化合物的磁性超疏水镍碳纳米复合催化材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0006]步骤(1)：在容器中，加入含氮聚合物和六水合硝酸镍，以去离子水为溶剂，进行搅拌混合，混合后减压蒸馏去除水分，干燥；
[0007]步骤(2)：将步骤(1)得到的产物加入到管式炉中，通过氮气流保护下的可控高温热解得到磁性超疏水镍碳纳米复合催化材料；
[0008]步骤(3)：将硝基苯类化合物和氮杂环类化合物加入到压力反应管中，再加入适量步骤(2)得到的催化材料作为催化剂，然后再加入去离子水作为溶剂，通过氮气保护，并加热搅拌反应一定时间，得到苯胺类及含氮芳香杂环类化合物作为产物；
[0009]反应方程式为：
[0010][0011]优选的，在步骤(1)中，所述含氮聚合物与六水合硝酸镍的质量比为1:1～2.5。
[0012]优选的，在步骤(1)中，所述含氮聚合物为聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酰胺、聚异丙基丙烯酰胺、聚N
‑
乙烯基己内酰胺中的一种。
[0013]优选的，在步骤(2)中，可控高温热解的温度范围为600～900℃。
[0014]优选的，在步骤(3)中，所述硝基苯类化合物与氮杂环类化合物的摩尔比为1:1～3。
[0015]优选的，在步骤(3)中，所述氮杂环类化合物为四氢喹啉类化合物、四氢异喹啉类化合物、四氢喹噁啉类化合物、吲哚啉类化合物中的一种。
[0016]优选的，在步骤(3)中，所述硝基苯类化合物为包含硝基苯骨架结构的所有硝基苯类化合物。
[0017]优选的，在步骤(3)中，所述催化剂的用量为50～100mg/mmol硝基苯类化合物。
[0018]优选的，在步骤(3)中，加热温度为130
‑
170℃。
[0019]优选的，在步骤(3)中，反应时间为18
‑
36h。
[0020]所述苯胺类及含氮芳香杂环类化合物兼具磁性和超疏水性，疏水角为150
‑
160
°
。
[0021]镍碳纳米复合催化材料通过氮气流保护的一步热解工艺可控构建了核壳结构，其结构与催化性能的关系表现为催化材料的超疏水性与催化性能呈正相关性。
[0022]磁性超疏水镍碳纳米复合催化材料由于具有磁性，在芳胺类化合物转氢反应结束后，通过外部磁体，可以顺利实现催化材料的磁分离。
[0023]相比于现有技术的缺点和不足，本专利技术具有以下有益效果：
[0024]1、本专利技术“基于催化合成胺类化合物的磁性超疏水镍碳纳米复合催化材料的制备方法”以可控热解制备的磁性超疏水镍碳纳米复合催化材料为催化剂，直接通过水为溶剂条件下，硝基苯类与含氮杂环类化合物的催化转氢，实现了苯胺类和含氮芳香杂环类化合物的简单、绿色、低成本、一锅法催化制备。其中，该类催化材料由于兼具超疏水性能及磁分离性能，不仅能够有效地避免溶剂水及反应副产物水对催化材料催化性能的影响，还可以通过外部磁体简单有效地实现催化材料的分离回收。一次性解决了转氢生水反应中金属基催化材料怕水及多相催化材料过滤分离中的物质损失问题，具有明显的创新性和精细化工应用价值。
[0025]2、本专利技术通过以下技术方案解决：首先以催化转氢机制为先导，以水为溶剂条件下硝基苯类和氮杂环类化合物的催化转氢，一锅法制备苯胺类及含氮芳香杂环化合物。该路线具有不使用外部添加剂，原子经济性高，绿色可持续的特点，针对该反应路线中水为溶剂及生成副产物水的特点，开创性的以含氮聚合物和六水合硝酸镍为原料，通过简单的原料混合及氮气流保护下的可控高温热解，制备了磁性超疏水镍碳纳米复合催化材料。其中催化材料的超疏水特性可以有效地抵御溶剂水及副产物水对催化材料性能的影响，而其具有的磁性特点又使得这类催化剂在使用中易于回收，克服了多相催化材料回收过程中质量损失的问题。
具体实施方式
[0026]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实例中所需的原料均可在化学试剂销售机构购买，所需设备均为常规实验设备。
[0027]实施例1
[0028]在容器中，加入比例为1:1的聚乙烯吡咯烷酮和六水合硝酸镍，200mL去离子水，搅拌均匀，80～90℃下减压蒸馏去除水分，干燥。将所得物质置于管式炉中，氮气流保护，设定升温速率为4℃/min，升温至700℃并保持1h，之后以4℃/min降温至室温，制得磁性超疏水镍碳纳米复合催化材料。在装有磁力搅拌子的15mL压力反应管中加入硝基苯(0.5mmol)和四氢喹啉(0.75mmol)，再加入50mg制得的磁性超疏水镍碳纳米复合催化材料为催化剂，2mL去离子水为溶剂，并充入氮气作为反应保护气氛，随后在转速550r/min的加热搅拌器上保持145℃反应18h，得到产物为苯胺和喹啉，分离产率为95％。
[0029]实施例2
[0030]在容器中，加入比例为1:1.5的聚乙烯吡咯烷酮和六水合硝酸镍，200mL去离子水，搅拌均匀，80～90℃下减压蒸馏去除水分，干燥。将所得物质置于管式炉中，氮气流保护，设定升温速率为4℃/min，升温至700℃并保持1h，之后以4℃/min降温至室温，制得磁性超疏水镍碳纳米复合催化材料。在装有磁力搅拌仔的15mL压力反应管中加入硝基苯(0.5mmol)和四氢喹啉(0.75mmol)，再加入50mg制得的磁性超疏水镍碳纳米复合催化材料为催化剂，2mL去离子水为溶剂，并充入氮气作为反应保护气氛，随后在转速55本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于催化合成胺类化合物的磁性超疏水镍碳纳米复合催化材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤(1)：在容器中，加入含氮聚合物和六水合硝酸镍，以去离子水为溶剂，进行搅拌混合，混合后减压蒸馏去除水分，干燥；步骤(2)：将步骤(1)得到的产物加入到管式炉中，通过氮气流保护下的可控高温热解得到磁性超疏水镍碳纳米复合催化材料；步骤(3)：将硝基苯类化合物和氮杂环类化合物加入到压力反应管中，再加入适量步骤(2)得到的催化材料作为催化剂，然后再加入去离子水作为溶剂，通过氮气保护，并加热搅拌反应一定时间，得到苯胺类及含氮芳香杂环类化合物作为产物；反应方程式为：2.根据权利要求1所述的基于催化合成胺类化合物的磁性超疏水镍碳纳米复合催化材料的制备方法，其特征在于：在步骤(1)中，所述含氮聚合物与六水合硝酸镍的质量比为1:1～2.5。3.根据权利要求1所述的基于催化合成胺类化合物的磁性超疏水镍碳纳米复合催化材料的制备方法，其特征在于：在步骤(1)中，所述含氮聚合物为聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酰胺、聚异丙基丙烯酰胺、聚N
‑
乙烯基己内酰胺中的一种。4.根据权利要求1所述的基于催化合成胺类化合物的磁性超疏水镍碳纳米复合催化材料的制备方法，其特征在于：在步骤(2)中，可控高温热解的温度范围为600～...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞少峰，王彦斌，柳芳芳，苏琼，郤晓婷，农宏燊，
申请(专利权)人：西北民族大学，
类型：发明
国别省市：