一种利用碱金属改性氮化碳光催化剂高选择性氧化4-甲基联苯制备4-甲醛联苯的方法技术

本发明专利技术提供一种利用碱金属改性氮化碳光催化剂高选择性氧化4

【技术实现步骤摘要】
一种利用碱金属改性氮化碳光催化剂高选择性氧化4
‑
甲基联苯制备4
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甲醛联苯的方法


[0001]本专利技术属于光催化有机合成
，具体涉及一种利用碱金属改性氮化碳光催化剂高选择性氧化4
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甲基联苯制备4
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甲醛联苯的方法。

技术介绍

[0002]苄基C(sp3)
‑
H键的选择性氧化被认为是一种高效的增值产品合成策略，已广泛应用于化学中间体、天然产物、药物分子和功能材料的合成。光催化选择性氧化C(sp3)
‑
H键作为一种重要的替代策略，由于其太阳能驱动和温和的反应条件而受到广泛关注。已有报道研究了TiO2、Bi2WO6、BiVO4和石墨化氮化碳(C3N4)等半导体材料对苄基C(sp3)
‑
H键的光催化选择性氧化作用。甲苯是含苄基C(sp3)
‑
H键的代表性物质，现有技术对于甲苯中苄基C(sp3)
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H键的光催化选择性氧化报道较多，但未见4
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甲基联苯的苄基C(sp3)
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H键的光催化选择性氧化方面的报道。4
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甲基联苯的苄基C(sp3)
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H键经氧化得到4
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甲醛联苯，其可作为有机合成中间体和医药中间体。如何实现4
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甲基联苯的苄基C(sp3)
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H键高选择性光催化氧化制备4
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甲醛联苯，将拓展和丰富化学中间体、医药中间体等的合成路线。
[0003]在TiO2、Bi2WO6、BiVO4和石墨化氮化碳(C3N4)等半导体光催化剂中，C3N4半导体因其较大的结合能(328meV)更有利于生成单重态氧(1O2)而受到广泛关注，1O2已被报道为选择性氧化反应的有效活性物质。但C3N4半导体催化剂依然存在催化活性、催化选择性欠佳的问题。
[0004]因此，探究使用何种光催化剂能够实现4
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甲基联苯的苄基C(sp3)
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H键的高选择性光催化氧化制备4
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甲醛联苯，并具有高的目标产物收率、转化率和循环稳定性，值得进一步研究。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种利用碱金属改性氮化碳光催化剂高选择性氧化4
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甲基联苯制备4
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甲醛联苯的方法。本专利技术使用碱金属改性的氮化碳作为光催化剂，在温和的反应条件下表现出对4
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甲基联苯的有效光催化氧化生成目标产物4
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甲醛联苯；本专利技术催化剂用于光催化氧化4
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甲基联苯具有高选择性、高收率、高转化率以及优异的光催化稳定性等性能。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种利用碱金属改性氮化碳光催化剂高选择性氧化4
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甲基联苯制备4
‑
甲醛联苯的方法，包括步骤：
[0008](1)将三聚氰酸水溶液和三聚氰胺水溶液混合，然后进行搅拌反应；经过滤、洗涤、干燥得到超分子粉末；将超分子粉末分散于去离子水中得到超分子水溶液，滴加乙酸钾水溶液，进行搅拌反应，经过滤、干燥得到前驱物；前驱物经煅烧得到碱金属改性氮化碳光催化剂；
[0009](2)将4
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甲基联苯溶于无水乙腈(MeCN)中，加入碱金属改性氮化碳光催化剂，在氧气存在下、光照条件下反应，然后经旋蒸、硅胶柱层析纯化得到4
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甲醛联苯。
[0010]根据本专利技术优选的，步骤(1)中，三聚氰酸水溶液或三聚氰胺水溶液是将三聚氰酸或三聚氰胺溶于70
‑
90℃水中制备得到；三聚氰酸水溶液的浓度为0.01
‑
0.02g/mL；三聚氰胺水溶液的浓度为0.01
‑
0.02g/mL；三聚氰酸和三聚氰胺的质量比为1
‑
1.2:1。
[0011]根据本专利技术优选的，步骤(1)中，三聚氰酸水溶液和三聚氰胺水溶液混合后的搅拌反应温度为70
‑
90℃，反应时间为3
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5h。
[0012]根据本专利技术优选的，步骤(1)中，超分子水溶液的浓度为0.01
‑
0.5g/mL；乙酸钾水溶液的浓度为0.05
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0.2g/mL；超分子粉末和乙酸钾的质量比为0.8
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2.6:1；乙酸钾水溶液的滴加速率为1
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3mL/min。
[0013]根据本专利技术优选的，步骤(1)中，滴加乙酸钾水溶液后的搅拌反应温度为室温，反应时间为0.5
‑
3h。
[0014]根据本专利技术优选的，步骤(1)中，煅烧温度为500
‑
550℃，煅烧时间为2
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5h，升温速率为1
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5℃/min，煅烧氛围为空气。
[0015]根据本专利技术优选的，步骤(2)中，4
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甲基联苯的摩尔量和无水乙腈的体积比为0.01
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0.02mol/L。
[0016]根据本专利技术优选的，步骤(2)中，碱金属改性氮化碳光催化剂和4
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甲基联苯的质量比为0.4
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0.8:1。
[0017]根据本专利技术优选的，步骤(2)中，光照是采用300W的氙灯为光源。
[0018]根据本专利技术优选的，步骤(2)中，反应是于氧气或空气氛围中进行。
[0019]根据本专利技术优选的，步骤(2)中，反应温度为室温，反应时间为6
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10h。
[0020]本专利技术光催化剂氧化4
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甲基联苯制备4
‑
甲醛联苯的路线如下：
[0021][0022]本专利技术的技术特点及有益效果：
[0023]1、本专利技术使用非均相的光催化剂，其制备方法简单。本专利技术使用一种简单的自组装方法合成了一种碱金属改性的管状形态的半导体材料。碱金属改性不会影响氮化碳的形貌，经碱金属改性后的氮化碳依然为多孔管状结构。本专利技术制备的光催化剂具有更大的比表面积和孔体积，活性位点更丰富，利于其光催化高选择性氧化4
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甲基联苯制备4
‑
甲醛联苯。
[0024]2、本专利技术碱金属改性氮化碳光催化剂制备中，碱金属的种类以及碱金属的用量对于催化剂的光催化性能具有重要影响。只有本专利技术特定种类的碱金属结合特定的用量才能实现本专利技术优异的效果，即光催化氧化4
‑
甲基联苯制备4
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甲醛联苯具有高反应活性、高选择性，以及高的收率和转化率的优势。
[0025]3、本专利技术采用光催化合成4
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联苯甲醛，该方法反应条件温和，避免使用化学氧化剂和有毒、昂贵的催化剂，反应体系简单安全，产率可观，环境友好，有良好的应用前景。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用碱金属改性氮化碳光催化剂高选择性氧化4
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甲基联苯制备4
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甲醛联苯的方法，包括步骤：(1)将三聚氰酸水溶液和三聚氰胺水溶液混合，然后进行搅拌反应；经过滤、洗涤、干燥得到超分子粉末；将超分子粉末分散于去离子水中得到超分子水溶液，滴加乙酸钾水溶液，进行搅拌反应，经过滤、干燥得到前驱物；前驱物经煅烧得到碱金属改性氮化碳光催化剂；(2)将4
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甲基联苯溶于无水乙腈(MeCN)中，加入碱金属改性氮化碳光催化剂，在氧气存在下、光照条件下反应，然后经旋蒸、硅胶柱层析纯化得到4
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甲醛联苯。2.根据权利要求1所述利用碱金属改性氮化碳光催化剂高选择性氧化4
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甲基联苯制备4
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甲醛联苯的方法，其特征在于，步骤(1)中，三聚氰酸水溶液或三聚氰胺水溶液是将三聚氰酸或三聚氰胺溶于70
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90℃水中制备得到；三聚氰酸水溶液的浓度为0.01
‑
0.02g/mL；三聚氰胺水溶液的浓度为0.01
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0.02g/mL；三聚氰酸和三聚氰胺的质量比为1
‑
1.2:1。3.根据权利要求1所述利用碱金属改性氮化碳光催化剂高选择性氧化4
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甲基联苯制备4
‑
甲醛联苯的方法，其特征在于，步骤(1)中，三聚氰酸水溶液和三聚氰胺水溶液混合后的搅拌反应温度为70
‑
90℃，反应时间为3
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5h。4.根据权利要求1所述利用碱金属改性氮化碳光催化剂高选择性氧化4
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甲基联苯制备4
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甲醛联苯的方法，其特征在于，步骤(1)中，超分子水溶液的浓度为0.01
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0.5g/mL；乙酸钾水溶液的浓度为0.05
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0.2g/mL；超分子粉末和乙酸钾的质量比为0.8
‑
2.6:...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈建宾，李宝迎，祁祺祺，高威，
申请(专利权)人：齐鲁工业大学，
类型：发明
国别省市：