本發(fā)明屬于有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化材料及催化化學(xué)領(lǐng)域，具體涉及到一種用于催化碳-碳偶聯(lián)反應(yīng)的鐵雜化材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
分子中芳基與芳基鍵的構(gòu)建是現(xiàn)代有機(jī)合成最重要的手段之一。在許多的天然產(chǎn)物(如生物堿)，為數(shù)眾多的具有生物活性的藥物分子和農(nóng)藥，以及已商品化的染料中等都含有聯(lián)芳環(huán)結(jié)構(gòu)單元；聚芳烴由于其特殊的物理和電子特性，已被用作有機(jī)導(dǎo)體、半導(dǎo)體和液晶材料；此外，具有阻轉(zhuǎn)異構(gòu)現(xiàn)象的手性聯(lián)芳環(huán)類(lèi)化合物在對(duì)映選擇性反應(yīng)中是一類(lèi)非常重要的手性配體。
偶聯(lián)反應(yīng)是由兩個(gè)有機(jī)化學(xué)單位進(jìn)行某種化學(xué)反應(yīng)而得到一個(gè)有機(jī)分子的過(guò)程。其大體可分為兩種類(lèi)型：自身偶聯(lián)和交叉偶聯(lián)反應(yīng)。后者是指兩種不同的片段連接成一個(gè)分子，如赫克反應(yīng)(Heck reaction)和鈴木反應(yīng)(Suzuki reaction)等等。長(zhǎng)期以來(lái)均相催化劑如Pd(PPh3)4、Pd(OAc)2等在催化偶聯(lián)反應(yīng)中取得了令人矚目的成果。但是，這類(lèi)催化劑也存在不可忽視的缺點(diǎn)：①多數(shù)膦配體對(duì)空氣和水分敏感，需在惰性氣體氣氛中才能有效催化反應(yīng)；②均相催化劑很難從反應(yīng)混合物中分離，不能回收再利用，提高了成本；③痕量的金屬殘留會(huì)污染產(chǎn)物，特別對(duì)要求較高的醫(yī)藥和某些精細(xì)化學(xué)品而言是致命的缺點(diǎn)。因此，近年來(lái)，研究人員在探索新型高效的過(guò)渡金屬催化劑做出了很多努力。本發(fā)明將均相金屬有機(jī)催化劑引入到孔材料中，以提高所制備的催化劑的分散性以及穩(wěn)定性，從而擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種成本低、制備簡(jiǎn)單、分散性高同時(shí)催化效率高的鐵雜化材料，簡(jiǎn)稱(chēng)雜化材料。
本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為：一種能夠高效催化C-C偶聯(lián)反應(yīng)的鐵雜化材料，所述鐵雜化材料的制備方法包括以下步驟：
(1)將芴酮吡啶溶于DMF，配制成芴酮吡啶的DMF溶液；
(2)將2,2-聯(lián)吡啶溶于乙醇，配制成2,2-聯(lián)吡啶的乙醇溶液；
(3)將鐵鹽溶于去離子水，配制成鐵鹽水溶液；
(4)將芴酮吡啶的DMF溶液、2,2-聯(lián)吡啶的乙醇溶液以及鐵鹽水溶液混合，形成混合體系，其中芴酮吡啶、2,2-聯(lián)吡啶與鐵離子的物質(zhì)的量之比為4：2：3～2，在室溫下攪拌15～30min，然后將混合體系轉(zhuǎn)移到帶有聚四氟乙烯的不銹鋼反應(yīng)釜中120℃反應(yīng)12～24h，反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，過(guò)濾，用去離子水和乙醇洗滌2～3次，干燥，即獲得所述鐵雜化材料；
所述DMF(全稱(chēng)為N,N-二甲基甲酰胺)為化學(xué)純，所述乙醇為工業(yè)乙醇，所述2,2-聯(lián)吡啶為化學(xué)純；
所述鐵鹽為氯化鐵、硝酸鐵、硫酸鐵中的一種或幾種；
所述芴酮吡啶的名稱(chēng)為2,7-二(4-吡啶基)-9-芴酮，分子式為C23H14N2O；
所述2,2-聯(lián)吡啶分子式為C10H8N2；
優(yōu)選地，所述鐵雜化材料的形貌為薄片狀。
優(yōu)選地，所述鐵雜化材料作為高效催化劑，用于催化碳-碳鍵偶聯(lián)反應(yīng)。
進(jìn)一步的，本發(fā)明還提供了所述的一種鐵雜化材料的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：
(1)將芴酮吡啶溶于DMF，配制成芴酮吡啶的DMF溶液；
(2)將2,2-聯(lián)吡啶溶于乙醇，配制成2,2-聯(lián)吡啶的乙醇溶液；
(3)將鐵鹽溶于去離子水，配制成鐵鹽水溶液；
(4)將芴酮吡啶的DMF溶液、2,2-聯(lián)吡啶的乙醇溶液以及鐵鹽水溶液混合，形成混合體系，其中芴酮吡啶、2,2-聯(lián)吡啶與鐵離子的物質(zhì)的量之比為4：2：3～2，在室溫下攪拌15～30min，然后將混合體系轉(zhuǎn)移到帶有聚四氟乙烯的不銹鋼反應(yīng)釜中120℃反應(yīng)12～24h，反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，過(guò)濾，用去離子水和乙醇洗滌2～3次，干燥，即獲得所述鐵雜化材料；
所述DMF(全稱(chēng)為N,N-二甲基甲酰胺)為化學(xué)純，所述乙醇為工業(yè)乙醇，所述2,2-聯(lián)吡啶為化學(xué)純；
所述鐵鹽為氯化鐵、硝酸鐵、硫酸鐵中的一種或幾種；
所述芴酮吡啶的名稱(chēng)為2,7-二(4-吡啶基)-9-芴酮，分子式為C23H14N2O；
所述2,2-聯(lián)吡啶分子式為C10H8N2。
上述催化劑在催化碳碳偶聯(lián)反應(yīng)中應(yīng)用的具體過(guò)程包括以下步驟：將碘代芳烴與硼酸芳烴或苯烯烴或苯炔烴、碳酸鉀、乙醇/水混合溶劑或DMF、上述鐵雜化材料裝入反應(yīng)器中，在60～100℃溫度下反應(yīng)10～24h，產(chǎn)率高達(dá)70～98％。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下：
本發(fā)明通過(guò)選用價(jià)格低廉的鐵鹽，降低了催化劑成本；鐵與具有大共軛體系的芴酮吡啶和2,2-聯(lián)吡啶配位，激活三價(jià)鐵離子在碳碳偶聯(lián)反應(yīng)中的催化活性；通過(guò)高壓反應(yīng)制備鐵雜化材料，過(guò)程簡(jiǎn)單，催化活性高，能夠高效催化碘代芳烴的交叉偶聯(lián)反應(yīng)，產(chǎn)率高達(dá)70～98％，使其在催化領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明鐵雜化材料的掃描電鏡圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
實(shí)施例1
鐵雜化材料的制備：將1.0mmol的芴酮吡啶溶于2mL的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)，配制成溶液；將0.5mmol的2,2-聯(lián)吡啶溶于2mL乙醇，配制成溶液；將0.75mmol的FeCl3溶于10mL的去離子水中，配制成鐵鹽水溶液；將芴酮吡啶的DMF溶液、2,2-聯(lián)吡啶的乙醇溶液以及鐵鹽水溶液混合，形成混合體系，在室溫下攪拌30min，然后將混合體系轉(zhuǎn)移到帶有聚四氟乙烯的不銹鋼反應(yīng)釜中120℃反應(yīng)24h，反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，過(guò)濾，用去離子水和乙醇洗滌3次，干燥，即獲得所述鐵雜化材料。用掃描電鏡觀察所述鐵雜化材料的形貌，如圖1所示。
催化應(yīng)用實(shí)驗(yàn)：稱(chēng)取0.218g對(duì)碘甲苯、0.146g苯硼酸、0.415g碳酸鉀裝入反應(yīng)器中；然后量取4mL乙醇、3mL水加入上述反應(yīng)器中，稱(chēng)取0.04g上述鐵雜化材料作為催化劑加入到上述反應(yīng)器中，在90℃溫度下回流反應(yīng)24h，經(jīng)色譜分析所得產(chǎn)物的產(chǎn)率為98％。反應(yīng)方程式如下：
實(shí)施例2
鐵雜化材料的制備：將1.0mmol的芴酮吡啶溶于2mL的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)，配制成溶液；將0.5mmol的2,2-聯(lián)吡啶溶于2mL乙醇，配制成溶液；將0.5mmol的FeCl3溶于10mL的去離子水中，配制成鐵鹽水溶液；將芴酮吡啶的DMF溶液、2,2-聯(lián)吡啶的乙醇溶液以及鐵鹽水溶液混合，形成混合體系，在室溫下攪拌15min，然后將混合體系轉(zhuǎn)移到帶有聚四氟乙烯的不銹鋼反應(yīng)釜中120℃反應(yīng)12h，反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，過(guò)濾，用去離子水和乙醇洗滌2次，干燥，即獲得所述鐵雜化材料。用掃描電鏡觀察所述鐵雜化材料的形貌。
催化應(yīng)用實(shí)驗(yàn)：稱(chēng)取0.248g對(duì)碘苯乙醚、0.125g苯乙烯、0.415g碳酸鉀裝入反應(yīng)器中；然后量取7mL DMF加入上述反應(yīng)器中，稱(chēng)取0.04g上述鐵雜化材料作為催化劑加入到上述反應(yīng)器中，在100℃溫度下回流反應(yīng)10h，經(jīng)色譜分析所得產(chǎn)物的產(chǎn)率為85％。反應(yīng)方程式如下：
實(shí)施例3
鐵雜化材料的制備：將0.5mmol的芴酮吡啶溶于2mL的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)，配制成溶液；將0.25mmol的2,2-聯(lián)吡啶溶于2mL乙醇，配制成溶液；將0.30mmol的FeCl3溶于10mL的去離子水中，配制成鐵鹽水溶液；將芴酮吡啶的DMF溶液、2,2-聯(lián)吡啶的乙醇溶液以及鐵鹽水溶液混合，形成混合體系，在室溫下攪拌25min，然后將混合體系轉(zhuǎn)移到帶有聚四氟乙烯的不銹鋼反應(yīng)釜中120℃反應(yīng)24h，反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，過(guò)濾，用去離子水和乙醇洗滌2次，干燥，即獲得所述鐵雜化材料。用掃描電鏡觀察所述鐵雜化材料的形貌。
催化應(yīng)用實(shí)驗(yàn)：稱(chēng)取0.204g碘苯、0.123g苯乙炔、0.415g碳酸鉀裝入反應(yīng)器中；然后量取4mL乙醇、3mL水加入上述反應(yīng)器中，稱(chēng)取0.04g上述鐵雜化材料作為催化劑加入到上述反應(yīng)器中，在60℃溫度下回流反應(yīng)16h，經(jīng)色譜分析所得產(chǎn)物的產(chǎn)率為86％。反應(yīng)方程式如下：
實(shí)施例4
鐵雜化材料的制備：將0.6mmol的芴酮吡啶溶于2mL的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)，配制成溶液；將0.3mmol的2,2-聯(lián)吡啶溶于2mL乙醇，配制成溶液；將0.3mmol的FeCl3溶于10mL的去離子水中，配制成鐵鹽水溶液；將芴酮吡啶的DMF溶液、2,2-聯(lián)吡啶的乙醇溶液以及鐵鹽水溶液混合，形成混合體系，在室溫下攪拌20min，然后將混合體系轉(zhuǎn)移到帶有聚四氟乙烯的不銹鋼反應(yīng)釜中120℃反應(yīng)20h，反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，過(guò)濾，用去離子水和乙醇洗滌2次，干燥，即獲得所述鐵雜化材料。用掃描電鏡觀察所述鐵雜化材料的形貌。
催化應(yīng)用實(shí)驗(yàn)：稱(chēng)取0.187g對(duì)溴苯甲醚、0.200g對(duì)硝基苯硼酸、0.415g碳酸鉀裝入反應(yīng)器中；然后量取4mL乙醇、3mL水加入上述反應(yīng)器中，稱(chēng)取0.04g上述的鐵雜化材料作為催化劑加入到上述反應(yīng)器中，在80℃溫度下回流反應(yīng)20h，經(jīng)色譜分析所得產(chǎn)物的產(chǎn)率為70％。反應(yīng)方程式如下：