席夫碱修饰的纤维素负载钯催化剂的制备方法

摘要

本发明公开了一种席夫碱修饰的纤维素负载钯催化剂的制备方法。所述方法以微晶纤维素为原料，先后经过3‑氨丙基三乙氧基硅烷和2‑羟基苯甲醛修饰后，得到含大量席夫碱的纤维素；再以硼氢化钠为还原剂，通过化学还原方法将Pd纳米颗粒负载到修饰后的纤维素上。本发明采用席夫碱修饰的纤维素负载钯催化剂，碳氮双键能够有效稳定钯纳米颗粒，防止金属Pd的流失及团聚，保持催化剂良好催化活性的同时，复用性良好，循环使用8次后收率仍保持在90％。

说明书

技术领域

本发明属于有机合成催化剂制备技术领域，涉及一种席夫碱修饰的纤维素负载钯催化剂的制备方法。

背景技术

通过Pd催化硝基还原反应合成胺类化合物是现代有机合成最重要的工具之一，在药物、农药、染料、有机导体、液晶及配体合成等领域起到不可或缺的作用。虽然许多均相催化剂对该反应有很优异的催化活性，但由于其难以从反应产物中分离以及无法重复利用等缺点，尤其Pd为昂贵的过渡金属，且易团聚，因此该类反应中运用Pd均相催化剂在工业生产过程中具有局限性。目前为止，将催化剂负载于固体载体之上是一个可行的解决方法，目前研究的主要载体有：SiO

高分子聚合物，包括天然聚合物和合成聚合物，一直被当做金属纳米颗粒的良好载体和稳定剂。天然高分子尤其是纤维素，因其来源丰富、无毒、生物可降解以及可再生的特性而受到科研人员的极大关注。纤维素作为催化剂载体具有以下优点：(1)在大部分溶剂中具有较高的稳定性和良好的分散性；(2)含有大量羟基，可有效稳定金属纳米粒子；(3)在自然界中含量丰富，对环境无毒无害；(4)纤维素结构中含有大量羟基，使得纤维素可参与许多反应，具有可衍生化的优良性。事实上，纤维素及其衍生物作为负载催化剂的载体已经被应用到多种催化体系中。

Quignard等首次将纤维素负载钯催化剂应用于Tsuji–Trost烯丙基化反应(Quignard,F.,&Choplin,A,Chem.Commun.,2001,21–22)，之后纤维素负载的各种金属纳米颗粒催化有机反应陆续被报道。Reddy课题组以水合肼为还原剂制备了微晶纤维素负载的金属态钯催化剂并应用于Heck和Sonogashira偶联反应(Journal of MolecularCatalysis A:Chemical,2006,252(1):136–141)。Moore教授采用氢气还原的方法将钯负载在微晶纤维素上同样应用于偶联反应中(Green Chemistry,2011,13(2):288～291)。但在这些文献报道中，催化剂的回收性较差，反应的收率在回收5次之后均有明显下降。

发明内容

本发明的目的是提供一种催化活性高且回收利用率高的席夫碱修饰的纤维素负载钯催化剂的制备方法。该方法通过席夫碱与金属纳米颗粒的强相互作用，减少反应过程中钯纳米颗粒的聚集和流失，从而提升催化剂的回收性能。

实现本发明目的的技术方案如下：

席夫碱修饰的纤维素负载钯催化剂的制备方法，该催化剂以席夫碱修饰的纤维素为载体，以Pd纳米颗粒为活性组分，具体步骤如下：

(1)将微晶纤维素超声分散在甲苯中，加入3-氨丙基三乙氧基硅烷，100～125℃下反应，反应完成后，抽滤、淋洗、干燥，得到氨基修饰的纤维素；

(2)将氨基修饰的纤维素分散在乙醇中，加入2-羟基苯甲醛，加热至乙醇回流，反应结束后，抽滤、清洗、干燥，得到N配体修饰的纤维素；

(3)将N配体修饰的纤维素和醋酸钯超声分散在水中，在氮气环境下加入硼氢化钠，室温反应，反应结束后，抽滤、清洗、干燥后，得到席夫碱修饰的纤维素负载钯催化剂。

优选地，步骤(1)中，所述的纤维素与3-氨丙基三乙氧基硅烷的质量比为1:1～1:3。

优选地，步骤(1)中，采用乙醇淋洗。

优选地，步骤(1)中，所述的干燥温度为60～70℃。

优选地，步骤(2)中，所述的氨基修饰的纤维素与2-羟基苯甲醛的质量比为1:1。

优选地，步骤(2)中，所述的反应时间为3～6h。

优选地，步骤(2)中，采用乙酸乙酯和乙醇淋洗。

优选地，步骤(2)中，所述的干燥温度为50～60℃。

优选地，步骤(3)中，所述的N配体修饰的纤维素与醋酸钯的质量比为100:1～50:1。

优选地，步骤(3)中，采用水和乙醇淋洗。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明方法制备条件温和，制备工艺对环境友好；

(2)本发明制备的催化剂在室温条件下和绿色溶剂水环境下均表现出对硝基还原反应良好的催化活性，且复用性良好，循环使用8次后收率仍保持在90％。

附图说明

图1为本发明的席夫碱修饰的纤维素的制备流程示意图。

图2为实施例2制备的席夫碱修饰的纤维素负载钯催化剂的TEM图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步详述。

实施例1

(1)称取1gα-纤维素和1g 3-氨丙基三乙氧基硅烷加入100ml圆口烧瓶中，加入20ml甲苯，在110℃条件下剧烈搅拌24h，反应完成后将溶液抽滤，样品用乙醇淋洗，65℃烘干过夜，得到氨基修饰的纤维素粉末；

(2)取500mg氨基修饰的纤维素粉末分散在乙醇中，接着加入500mg 2-羟基苯甲醛，加热至乙醇回流，反应5h，反应完成后将溶液抽滤，样品用乙酸乙酯和乙醇淋洗多次，50℃烘干过夜，得到N配体修饰的纤维素粉末；

(3)取N配体修饰的纤维素粉末300mg和醋酸钯3mg分散在20mL去离子水中，超声30min后，在氮气环境下加入10mg硼氢化钠，室温反应1h，反应结束后将反应液抽滤，再用去离子水和乙醇淋洗多次，真空干燥过夜，得到负载Pd纳米颗粒的纤维素粉末。负载催化剂的TEM如图1所示。

(4)将负载Pd纳米颗粒的纤维素粉末催化剂30mg加入到0.2硝基苯中，用3mL水作溶剂，室温下反应3h，反应液离心后分离催化剂。反应液用乙酸乙酯萃取，分液后有机相用气相-质谱联用仪分析产物的组成，苯胺收率为91％，催化反应路线如下：

实施例2

反应步骤与实施例1完全相同，不同之处在于：

步骤(1)中3-氨丙基三乙氧基硅烷的用量为2g，苯胺收率为96％。

实施例3

反应步骤与实施例1完全相同，不同之处在于：

步骤(1)中3-氨丙基三乙氧基硅烷的用量为3g，苯胺收率为93％。

实施例4

步骤(1)中3-氨丙基三乙氧基硅烷的用量为2g，步骤(3)中醋酸钯的用量为6mg，步骤(4)中催化剂的用量为10mg，苯胺收率为92％。

对比例1

反应步骤与实施例1完全相同，不同之处在于：

步骤(1)中3-氨丙基三乙氧基硅烷的用量为2g，步骤(2)中2-羟基苯甲醛的用量为250mg，苯胺收率为88％。

对比例2

反应步骤与实施例1完全相同，不同之处在于：

步骤(1)中3-氨丙基三乙氧基硅烷的用量为2g，步骤(2)中2-羟基苯甲醛的用量为167mg，苯胺收率为75％。

对比例3

反应步骤与实施例10相同，不同之处在于：

步骤(1)中3-氨丙基三乙氧基硅烷的用量为2g，步骤(3)中醋酸钯的用量为15mg，步骤(4)中催化剂的用量为6mg，苯胺收率为81％。

对比例4

取未经修饰的微晶纤维素300mg，醋酸钯3mg分散20mL去离子水中，超声30min后，在氮气环境下加入10mg硼氢化钠，室温反应1h，反应结束后将反应液抽滤，再用去离子水和乙醇淋洗多次，真空干燥过夜，得到负载Pd纳米颗粒的纤维素粉末。将负载Pd催化剂30mg加入到0.2硝基苯中，用3mL水作溶剂，室温下反应3h，反应液离心后分离催化剂。反应液用乙酸乙酯萃取，分液后有机相用气相-质谱联用仪分析产物的组成，苯胺收率为71％。

对实施例1制备的催化剂进行复用性能考察，该催化剂离心后不经任何处理直接复用，循环使用8次后收率仍保持在90％，活性没有明显下降，复用性能较好，而对对比例4中未经修饰的纤维素负载的催化剂进行复用性能考察，在循环8次后收率仅为46％，活性大大下降。