一种铁氮共掺杂碳材料催化剂及其在合成喹唑啉及其衍生物中的应用制造技术

本发明专利技术公开了一种铁氮共掺杂碳材料催化剂及其在合成喹唑啉及其衍生物中的应用，该铁氮共掺杂碳材料催化剂以氮掺杂碳材料为载体，该载体上负载铁元素颗粒，该铁元素颗粒至少以铁原子和氧化铁形式同时存在，该催化剂对喹唑啉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喹唑啉及其衍生物。利于高效高选择性地得到喹唑啉及其衍生物。

【技术实现步骤摘要】
一种铁氮共掺杂碳材料催化剂及其在合成喹唑啉及其衍生物中的应用


[0001]本专利技术涉及喹唑啉及其衍生物的合成
，具体涉及一种铁氮共掺杂碳材料催化剂及其在合成喹唑啉及其衍生物中的应用。

技术介绍

[0002]喹唑啉及其衍生物具有重要的生物活性和药用价值，是一类重要的化合物，具有抗癌、抗病毒、抗炎症和抗癌等治疗特性。近年来，制备喹唑啉的方法和路径多种多样，例如将卤代苯甲醛、卤代苯腈为原料与脒或胍反应，通过氧化催化得到的喹唑啉具有适中至优良的产率；然而，喹唑啉类化合物含有两个氮原子，这些双组分策略可能会受到起始原料不可用和底物范围有限的影响。此外，邻氨基芳基酮与苄基胺的反应也是合成喹唑啉类化合物的重要手段，但是需要I2、CuO纳米颗粒及4
‑
羟基TEMPO、过氧化氢叔丁醇等过量的氧化剂的存在，这些催化剂和氧化剂或多或少的存在一些明显的问题，如催化效率低、反应选择性差、反应条件苛刻、反应成本高、底物耐受性差等。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是克服现有技术的一个或多个不足，提供一种新型铁氮共掺杂碳材料催化剂在合成喹唑啉及其衍生物中的应用，该催化剂对喹唑啉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喹唑啉及其衍生物。
[0004]本专利技术同时还提供了一种上述所述的新型铁氮共掺杂碳材料催化剂。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用的一种技术方案是：
[0006]一种铁氮共掺杂碳材料催化剂在催化氧化合成喹唑啉及其衍生物中的应用，其中，该铁氮共掺杂碳材料催化剂以氮掺杂碳材料为载体，该载体上负载铁元素颗粒，该铁元素颗粒至少以铁原子(Fe0)和氧化铁(FeO
x
)形式同时存在。
[0007]根据本专利技术的一些优选方面，该铁元素颗粒以铁原子和氧化铁形式同时存在。
[0008]根据本专利技术的一些优选且具体的方面，所述氧化铁为三氧化二铁。
[0009]根据本专利技术的一些优选方面，所述铁原子、所述氧化铁分别为纳米尺寸。
[0010]根据本专利技术的一些优选且具体的方面，该铁氮共掺杂碳材料催化剂的制备方法包括：使类石墨相氮化碳(g
‑
C3N4)、壳聚糖和血红素铁分散在第一溶剂中，混匀，除去第一溶剂，获得固态的中间体，然后在保护气氛下进行煅烧。
[0011]根据本专利技术的一些优选方面，该铁氮共掺杂碳材料催化剂的制备过程中，所述类石墨相氮化碳、所述壳聚糖和所述血红素铁的投料质量比为5
‑
15∶0.5
‑
2.5∶1。进一步地，所述类石墨相氮化碳、所述壳聚糖和所述血红素铁的投料质量比为8
‑
12∶1
‑
1.5∶1。
[0012]根据本专利技术的一些优选方面，该铁氮共掺杂碳材料催化剂的制备过程中，所述第一溶剂为醇类溶剂，该醇类溶剂为C1
‑
C6醇类化合物。在本专利技术的一些实施方式中，所述第一溶剂可以为乙醇、丙醇等。
[0013]根据本专利技术的一些优选方面，该铁氮共掺杂碳材料催化剂的制备过程中，所述混匀在室温下进行，采用搅拌和/或超声进行。
[0014]根据本专利技术的一些优选方面，该铁氮共掺杂碳材料催化剂的制备过程中，使所述固态的中间体在进行煅烧前处于干燥状态。
[0015]根据本专利技术的一些优选方面，该铁氮共掺杂碳材料催化剂的制备过程中，所述煅烧在煅烧温度750
‑
850℃下进行，在该煅烧温度下更有利于获得预期结构的催化剂，针对喹唑啉及其衍生物的催化氧化效果更好。
[0016]根据本专利技术的一些优选方面，该铁氮共掺杂碳材料催化剂的制备过程中，控制所述煅烧的过程中，从室温升温至煅烧温度的升温速率为4
‑
6℃/min。
[0017]根据本专利技术的一些优选方面，该铁氮共掺杂碳材料催化剂的制备过程中，控制所述煅烧的煅烧时间为1
‑
3h。
[0018]在本专利技术的一些实施方式中，该铁氮共掺杂碳材料催化剂的制备过程中，所述保护气氛选用的保护气体为氮气、氩气等。
[0019]在本专利技术的一些实施方式中，制备该铁氮共掺杂碳材料催化剂的实施方式为：
[0020](1)将类石墨相氮化碳、壳聚糖和血红素铁分散在乙醇中形成混合溶液；
[0021](2)将混合溶液超声并过夜搅拌；
[0022](3)将步骤(2)所获得的中间体旋蒸后干燥得到固体粉末；
[0023](4)将步骤(3)所获得的固体粉末进一步干燥；
[0024](5)将步骤(4)所得到的干燥粉末在保护气氛下进行煅烧，制成所述铁氮共掺杂碳材料催化剂，可简称Fe
‑
FeO
x
@NC(其中Fe和FeO
x
表示铁元素颗粒的存在形式，NC表示氮掺杂碳材料)。
[0025]在本专利技术的一些实施方式中，步骤(4)中，在55
‑
65℃下干燥，干燥时间为10
‑
14小时。
[0026]在本专利技术的一些实施方式中，步骤(5)中，所述煅烧在管式炉中进行。
[0027]根据本专利技术的一些优选方面，在合成喹唑啉及其衍生物中的应用中，使芳香邻氨基羰基化合物、醇类化合物、氨水在氧化剂和铁氮共掺杂碳材料催化剂存在下，在第二溶剂中发生催化氧化反应，生成喹唑啉及其衍生物。
[0028]根据本专利技术的一些优选方面，所述氧化剂为氧气，通过向反应体系中通入纯度大于99％的纯氧气体或者通入空气以提供所述氧化剂。
[0029]根据本专利技术的一些优选方面，所述第二溶剂包含水。在本专利技术的一些实施方式中，所述第二溶剂可以选用水。
[0030]根据本专利技术的一些优选方面，所述芳香邻氨基羰基化合物、所述醇类化合物、所述氨水中的氨的投料摩尔比为1∶2
‑
4∶6
‑
10。进一步地，所述芳香邻氨基羰基化合物、所述醇类化合物、所述氨水中的氨的投料摩尔比为1∶2.5
‑
3.5∶7
‑
9。
[0031]在本专利技术的一些实施方式中，所述氨水可以商购获得，可以采用市售的工业氨水，其浓度约为25％
‑
28％。
[0032]根据本专利技术的一些优选方面，以质量百分含量计，所述铁氮共掺杂碳材料催化剂的用量为所述芳香邻氨基羰基化合物的添加量的5％
‑
65％。
[0033]根据本专利技术的一些优选方面，使所述催化氧化反应在加热条件下进行。进一步地，
使所述催化氧化反应在100
‑
150℃下进行，更进一步在120
‑
140℃下进行。根据本专利技术的一个具体方面，使所述催化氧化反应在130℃下进行。
[0034]根据本专利技术的一个具体方面，可以使所述催化氧化反应在有空气的密封反应器中进行。
[0035]根据本专利技术的一些优选方面，所述芳香邻氨基羰基化合物具有式(I)所示结本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铁氮共掺杂碳材料催化剂在催化氧化合成喹唑啉及其衍生物中的应用，其特征在于，该铁氮共掺杂碳材料催化剂以氮掺杂碳材料为载体，该载体上负载铁元素颗粒，该铁元素颗粒至少以铁原子和氧化铁形式同时存在。2.根据权利要求1所述的铁氮共掺杂碳材料催化剂在催化氧化合成喹唑啉及其衍生物中的应用，其特征在于，所述氧化铁为三氧化二铁；和/或，该铁元素颗粒以铁原子和氧化铁形式同时存在；和/或，所述铁原子、所述氧化铁分别为纳米尺寸。3.根据权利要求1所述的铁氮共掺杂碳材料催化剂在催化氧化合成喹唑啉及其衍生物中的应用，其特征在于，该铁氮共掺杂碳材料催化剂的制备方法包括：使类石墨相氮化碳、壳聚糖和血红素铁分散在第一溶剂中，混匀，除去第一溶剂，获得固态的中间体，然后在保护气氛下进行煅烧。4.根据权利要求3所述的铁氮共掺杂碳材料催化剂在催化氧化合成喹唑啉及其衍生物中的应用，其特征在于，所述类石墨相氮化碳、所述壳聚糖和所述血红素铁的投料质量比为5
‑
15∶0.5
‑
2.5∶1。5.根据权利要求3所述的铁氮共掺杂碳材料催化剂在催化氧化合成喹唑啉及其衍生物中的应用，其特征在于，所述第一溶剂为醇类溶剂，该醇类溶剂为C1
‑
C6醇类化合物；和/或，所述混匀在室温下进行，采用搅拌和/或超声进行。6.根据权利要求3所述的铁氮共掺杂碳材料催化剂在催化氧化合成喹唑啉及其衍生物中的应用，其特征在于，使所述固态的中间体在进行煅烧前处于干燥状态；和/或，所述煅烧在煅烧温度750
‑
850℃下进行；和/或，控制所述煅烧的过程中，从室温升温至煅烧温度的升温速率为4
‑
6℃/min；和/或，控制所述煅烧的煅烧时间为1
‑
3h。7.根据权利要求1所述的铁氮共掺杂碳材料催化剂在催化氧化合成喹唑啉及其衍生物中的应用，其特征在于，使芳香邻氨基羰基化合物、醇类化合物、氨水在氧化剂和铁氮共掺杂碳材料催化剂存在下，在第二溶剂中发生催化氧化反应，生成喹唑啉及其衍生物。8.根据权利要求7所述的铁氮共掺杂碳材料催化剂在催化氧化合成喹唑啉及其衍生物中的应用，其特征在于，所述氧化剂为氧气，通...

【专利技术属性】
技术研发人员：林雅玫，王飞，杨盟，
申请(专利权)人：海南华瑞医药有限公司，
类型：发明
国别省市：