活性炭負載納米銅催化劑催化合成1,2,3-三氮唑類化合物的方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于1，2, 3-三氮唑類化合物的合成技術領域，具體涉及一種活性炭負載 納米銅催化劑催化合成1，2, 3-三氮唑類化合物的方法。
【背景技術】
[0002] 1，2, 3-三氮唑具有多氮五元芳雜環(huán)的結構，隨著雜環(huán)化學的迅速發(fā)展，三氮唑類 化合物及其衍生物的合成研究一直受到有機合成、藥物合成和含能材料等領域內(nèi)研究者 的重視。研究報道1，2, 3-三氮唑顯示出多種重要的生物活性，例如抗細菌、抗結核、抗腫 瘤、抗病毒、抗炎和鎮(zhèn)痛等。自2001年由Scripps研究所的Sharpless課題組首次提出 "click chemistry"的概念以來，以疊氮化合物與末端炔經(jīng)為底物的CuAAC反應合成三氮 唑類衍生物成為"點擊化學"中的經(jīng)典。但是其也存在反應時間長和化學選擇性不高等缺 點，近年來研究發(fā)現(xiàn)，一價銅離子可以快速催化有機疊氮化物與炔烴的Huisgenl，3-偶極 環(huán)加成反應生成1，4-二取代-1，2, 3-三氮唑，并且具有高效的選擇性和專一性。在2002 年，Tornoe (J. Org. Chem.，2002，67(9): 3057-3064)和 Rostovtsev (Angew. Chem. Int. Ed，2002，41，2596-2599)分別報道了 Cu (I)催化 1,3-偶極環(huán)加成反應，Cu (I) 的存在有效地克服了上述缺點，使得該類反應的反應條件溫和、區(qū)域選擇性好、生成單一的 1，4-二取代-1，2, 3-三氮唑產(chǎn)物且產(chǎn)率較高，從此開始了此類反應的系統(tǒng)研究。Christian Girard 等（J. Org. Lett·, 2006，8(8): 1689-1692)研究了高聚物 A-21 負載碘化亞銅催 化疊氮化物與炔經(jīng)的Huisgen 1,3-偶極環(huán)加成反應，獲得了良好的效果。Shamim Tahira (Catalysis Letters, 2010，136(3/4): 260-265)報道二氧化娃負載亞銅離子催化 Huisgenl, 3-偶極環(huán)加成反應。由于一價銅離子Cu (I)在空氣中不穩(wěn)定，會使其催化效果 大大降低，因此，人們用還原劑將Cu (II)原位還原成Cu (I)后，直接用于點擊化學。最常 見的有 CuSO4 ·5Η20-抗壞血酸鈉（Angew. Chem. Int. Ed.，2002，41(14)，2596-2599)。 在合成1，2, 3-三唑的眾多催化體系中，銅金屬是一種特別引人注目的催化劑。銅金屬催化 安全廉價，操作簡便。但用銅金屬和其它催化體系相比需要較長的反應時間和較大的量，這 就需要對銅金屬催化體系加以改進，使其既能提高催化活性又能保持操作簡便的優(yōu)勢。相 比之下納米銅粒子的利用則提供一個較好的方法，在2006年，Choudary等（J. Mol. Catal. A: Chem. 2006，256，273.)將鹵代烴與疊氮化鈉及炔烴在水相中利用Cu-Al2O3納米粒子 催化，一鍋得到1，4-二取代-1，2, 3-三唑化合物。以上這些利用Cu作催化劑來催化合成 1，2, 3-三氮唑類化合物的反應中金屬銅催化劑容易失活且難以回收，所用溶劑大多為有機 試劑、合成的當前策略通常需要繁瑣的多步合成，其他特殊添加試劑較多。鑒于這些不足之 處，開發(fā)出新的、可以循環(huán)使用、反應易于操作和處理的催化劑體系，成為研究的熱點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明解決的技術問題是提供了一種工藝簡單、收率較高、綠色環(huán)保的超臨界二 氧化碳條件下、產(chǎn)品性能穩(wěn)定、催化效率高且催化劑能夠重復循環(huán)使用的活性炭負載納米 銅催化劑催化合成1，2, 3-三氮唑類化合物的方法。
[0004] 本發(fā)明為解決上述技術問題采用如下技術方案，活性炭負載納米銅催化劑催化合 成1，2, 3-三氮唑類化合物的方法，其特征在于具體步驟為：以疊氮化合物和端基炔類化合 物為原料，以活性炭負載納米銅為催化劑，以超臨界二氧化碳為反應介質(zhì)，控制超臨界反應 釜內(nèi)壓力為80bar，溫度為36°C攪拌反應完全，反應體系加乙酸乙酯后離心，離心所得固體 用乙酸乙酯清洗得到的活性炭負載納米銅催化劑重復循環(huán)使用，上清液旋轉蒸去溶劑乙酸 乙酯得到目標產(chǎn)物1，2, 3-三氮唑類化合物，所述的疊氮化合物為苯基疊氮、鄰甲基苯基疊 氮、疊氮乙酸乙酯、鄰硝基苯基疊氮或芐基疊氮，所述的端基炔類化合物為苯氧丙炔、對硝 基苯氧丙炔、對氯苯氧丙炔、對乙基苯乙炔或?qū)β缺揭胰病?br>[0005] 進一步優(yōu)選，所述的疊氮化合物與端基炔類化合物的摩爾比為1-1. 2:1。
[0006] 進一步優(yōu)選，所述的端基炔類化合物與催化劑活性炭負載納米銅的質(zhì)量比為 1:0. 01-0.1 o
[0007] 進一步優(yōu)選，所述的攪拌反應時間為5h。
[0008] 進一步優(yōu)選，所述的活性炭負載納米銅催化劑中納米銅的重量百分含量為5. 0%， 活性炭的重量百分含量為95. 0%。
[0009] 進一步優(yōu)選，合成活性炭負載納米銅催化劑的具體步驟為：（1)將活性炭用摩爾 濃度為3mol/L的氨水溶液浸漬攪拌24h后過濾，用蒸餾水洗至中性；（2)將步驟（1)處理過 的活性炭用摩爾濃度為5mol/L的HNO 3溶液浸漬攪拌24h后過濾，用蒸餾水洗至中性，然后 放入烘箱中于ll〇°C烘干備用；（3)將IOg十八胺加熱至250°C，將262mg乙酰丙酮銅加入 到80°C的2g油胺中攪拌混合均勻，然后一次性將油胺與乙酰丙酮銅的混合物加入到250°C 的十八胺溶液中，并加入Ig預處理的活性炭，攪拌l〇min，然后自然冷卻，降溫至60°C以后 加入乙醇靜置，當活性碳納米金屬粒子完全沉淀后倒出上清液然后再加入乙醇靜置，重復 操作4次后離心得到活性碳負載納米銅顆粒，水洗至中性；（4)將步驟（3)得到的活性炭負 載納米銅顆粒轉入真空干燥箱中于70°C干燥5h得到活性炭負載納米銅催化劑。
[0010] 本發(fā)明所述的1. 2. 3-三氮唑。的合成方法中的反應方程式為： 丨
[0011] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下優(yōu)點： 1、 由于本發(fā)明采用活性炭負載納米銅催化劑在超臨界二氧化碳壓力為80bar，反應溫 度為36°C，高效催化疊氮化合物與端基炔類化合物的環(huán)加成反應生成1，2, 3-三氮唑類化 合物，在無有機溶劑的條件下進行，無需添加其他特殊試劑，易于處理的催化劑對環(huán)境更加 友好，相對于現(xiàn)有技術更加經(jīng)濟環(huán)保； 2、 本發(fā)明所用的催化劑銅呈納米形態(tài)負載于大比表面積的活性炭孔壁，具有很好的分 散性，催化活性高、催化性能好、選擇性突出、穩(wěn)定性好壽命長、不易脫落和性價比高，并且 原料廉價易得，制備方法簡單，可以重復利用，可再生，再生的催化劑仍然具有較高的催化 活性，產(chǎn)物的收率與再生前的催化劑相當。
【具體實施方式】
[0012] 以下通過實施例對本發(fā)明的上述內(nèi)容做進一步詳細說明，但不應該將此理解為本 發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實施例，凡基于本發(fā)明上述內(nèi)容實現(xiàn)的技術均屬于本發(fā) 明的范圍。
[0013] 實施例1 催化劑活性炭負載納米銅的制備 催化劑活性炭負載納米銅中納米銅的重量百分含量為5. 0%，活性炭的重量百分含量為 95. 0%，其具體合成步驟為：（1)將活性炭用摩爾濃度為3mol/L的氨水溶液浸漬攪拌24h后 過濾，用蒸餾水洗至中性；（2)將步驟（1)處理過的活性炭用摩爾濃度為5mol/L的!1勵 3溶 液浸漬攪拌24h后過濾，用蒸餾水洗至中性，放入烘箱中于IKTC烘干備用；（3)將IOg十八 胺加熱到250°C，將262mg乙酰丙酮銅加入到80°C的2g油胺中攪拌均勻，然后一次性將油 胺與乙酰丙酮銅的混合物加入到250°C的十八胺溶液中，并加入Ig預處理的活性炭，攪拌 lOmin，然后自然冷卻，溫度降至60°C以后加入乙醇靜置，當活性碳納米金屬粒子完全沉淀 后倒出上清液然后在加入乙醇靜置，重復操作4次后離心得到活性碳負載納米銅顆粒，再 水洗至中性；（4)將步驟（3)得到的活性炭負載納米銅粒子轉入真空干燥箱中于70°C干燥 5h制得活性炭負載納米銅催化劑。
[0014] 實施例2 采用實施例1制得的活性炭負載納米銅作為催化劑，在超臨界反應釜中加入催化劑活 性炭負載納米銅0. 〇〇66g、苯氧丙炔0. 066g (0. 5mmol)和苯基疊氮0. 060g (0. 5mmol)，然后 通入超臨界二氧化碳于36°C，SObar下攪拌反應，5h反應完全，反應體系加乙酸乙酯，離心， 離心所得固體用乙酸乙酯清洗得到的催化劑活性炭負載納米銅重復循環(huán)使用，上清液旋除 溶劑乙酸乙酯，硅膠柱色譜純化得到目標產(chǎn)品，產(chǎn)品收率94%。其核磁數(shù)據(jù)為：
1H 匪 R (CDCl3, 400 ΜΗζ) δ： 8.06 (s, 1H), 7.74 (d, / = 7. 6 Hz, 2H), 7.55-7.43 (m, 3H), 7.32 (t, / = 8.0 Hz, 2H), 7.04-6.98 (m, 3H), 5.31 (s, 2H). 13CNMR (CDCl3, 100 MHz) J: 158.2，145.1，137.0，129.8，129.6，128.9，121.4， 120.9，120.6，114.8，62.0。
[0015] 實施例3 采用實施例2再生的活性炭負載納米銅作為催化劑，在超臨界反應釜中加入催化劑活 性炭負載納米銅〇. 〇〇66g、苯氧丙炔0. 066g (0. 5mmol)和苯基疊氮0. 060g (0. 5mmol)，然后 通入超臨界二氧化碳于36°C，SObar下攪拌反應，5h反應完全，反應體系加乙酸乙酯，離心， 離心所得固體用乙酸乙酯清洗得到的催化劑活性炭負載納米銅重復循環(huán)使用，上清液旋除 溶劑乙酸乙酯，硅膠柱色譜純化得到目標產(chǎn)品。重復回收催化劑次數(shù)對反應收率的影響見 表1。
[0016] 表1重復回收催化劑次數(shù)對反應收率的影響
實施例4
采用實施例1所得的活性炭負載納米銅作為催化劑，在超臨界反應釜中加入催化 劑活性炭負載納米銅〇. 〇〇〇66g、苯氧丙炔0. 066g (0. 5mmol)和鄰甲基苯基疊氮0. 075g (0. 5mmol)，然后通入超臨界二氧化碳于36°C，80bar下攪拌反應，5h反應完全，反應體系加 乙酸乙酯，離心，上清液旋除溶劑乙酸乙酯，硅膠柱色譜純化得到目標產(chǎn)品，產(chǎn)品收率92%。 其核磁數(shù)據(jù)為：
1HNMR (CDCl3, 400 MHz) J: 7.83 (s，1H)，7.46-7.31 (m，6H)，7.06-6.99 (m， 3H)，5· 34 (s，2H)，2· 23 (s，3H) · 13C NMR (CDCl3, 100 MHz) δ： 158.2, 144.1, 136.4, 133.7, 131.5, 130.0, 129.6, 126.9, 126.0, 124.3, 121.4, 114.8, 62.1, 17. 9〇
[0017] 實施例5 采用實施例1所得的活性炭負載納米銅作為催化劑，在超臨界反應釜中加入催化劑活 性炭負載納米銅〇. 〇〇〇88g、對硝基苯氧丙炔0. 0886g (0. 5mmol)和疊氮乙酸乙酯0. 0645g (0. 5mmol)，然后通入超臨界二氧化碳于36°C，80bar下攪拌反應，5h反應完全，反應體系加 乙酸乙酯，離心，上清液旋除溶劑乙酸乙酯，硅膠柱色譜純化得到目標產(chǎn)品，產(chǎn)品收率90%。 其核磁數(shù)據(jù)為：<