本發(fā)明屬于化學(xué)催化劑制備領(lǐng)域，具體涉及一種美羅培南用鈀碳催化劑的制備方法及利用該方法制備的鈀碳催化劑。
背景技術(shù)：
美羅培南是碳青霉烯類抗生素中最重要的一種，在醫(yī)療藥物制備領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。作為最新一代的抗生素，其在體外具有廣譜抗革蘭陽性和陰性菌的作用，且對(duì)人體的腎脫氫肽酶Ⅰ穩(wěn)定，可單獨(dú)使用。該藥物的化學(xué)合成過程中，需要用貴金鈀炭催化劑脫除保護(hù)基。該過程中，需要在涉及多種潛在的副反應(yīng)(如雙鍵、羰基、硝基加氫及側(cè)鏈硫鍵氫解)的條件下脫除對(duì)硝基芐基(-PNB)及對(duì)硝基芐氧羰基(-PNZ)，對(duì)催化劑要求較高，所用鈀碳催化劑既要滿足活性需求，又要滿足選擇性要求。
基于這種需求，在鈀碳催化劑制備過程中，不能僅僅考慮減小金屬鈀的粒徑來提高催化活性，還必須同時(shí)兼顧催化選擇性。目前公開的各種鈀碳催化劑制備方法可獲得高的催化活性，但對(duì)與選擇性而言有待加強(qiáng)?？紤]到催化選擇性，就要保持鈀金屬顆粒粒徑不能過小，粒徑過小盡管其活性可以提高，但選擇性會(huì)下降；粒徑過大其活性下降不能滿足生產(chǎn)需要。因此，就要考慮制備鈀金屬顆粒粒徑合適的鈀碳催化劑。
CN102133527A公開了一種用于美羅培南合成的鈀錫炭催化劑及其制備方法，該方案是利用亞錫的弱還原性制備一定粒徑的金屬鈀膠體，負(fù)載于活性炭上來制備催化劑。該方法要制備要求苛刻，步驟繁瑣，所用金屬錫有毒，且不利于貴金屬鈀的后期回收利用；特別是其制備的鈀金屬顆粒的粒徑不合適，使得該催化劑的催化選擇性較差，無法與催化活性兼顧，從而使得美羅培南制備過程中存在多種潛在的副反應(yīng)條件下脫除對(duì)硝基芐基(-PNB)及對(duì)硝基芐氧羰基(-PNZ)等保護(hù)基的效果較差。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種美羅培南制備用鈀碳催化劑的制備方法，該方法通過優(yōu)化的反應(yīng)原料以及反應(yīng)工藝的控制，實(shí)現(xiàn)選擇性催化加氫脫芐基反應(yīng)，使得制備的催化劑具有合適的粒徑，不但具有較好的催化活性，而且對(duì)美羅培南的芐基氫解具有較強(qiáng)選擇性，同時(shí)該方案生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，采用堿性浸漬液替代傳統(tǒng)的酸性浸漬液，浸漬過程中無需通過調(diào)節(jié)PH值來控制氧化鈀或氫氧化鈀的出現(xiàn)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種美羅培南用鈀碳催化劑的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
1)含鈀的化合物溶液與第一堿金屬氫氧化物溶液反應(yīng)制備氫氧化鈀，并用去離子水對(duì)氫氧化鈀進(jìn)行洗滌；
2)將步驟1)中所得氫氧化鈀，溶于第二堿金屬氫氧化物溶液，得到含鈀溶液；
3)將步驟2)中所得含鈀溶液，浸漬吸附到活性炭載體上，得到浸漬漿液；
4)將步驟3)中所得浸漬漿液進(jìn)行化學(xué)還原反應(yīng)，得到鈀碳催化劑。
作為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選技術(shù)方案，活性碳平均粒度為200目-300目，比表面積介于800m2/g-1200m2/g,預(yù)先采用硝酸煮沸活化后，經(jīng)去離子水洗滌至中性而得到。經(jīng)過活化的活性炭，具有優(yōu)良的吸附性，可以盡可能吸附含鈀溶液，特別是其通過粒度與比表面積的控制，使得其非常有利于與還原劑匹配，從而十分利于化學(xué)還原反應(yīng)的進(jìn)行。
作為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選技術(shù)方案，含鈀化合物溶液優(yōu)選為硝酸鈀鹽酸溶液或氯化鈀鹽酸溶液。本方案中采用硝酸鈀鹽酸溶液或氯化鈀鹽酸溶液有利于控制反應(yīng)過程的進(jìn)行，含鈀化合物溶液是本技術(shù)方案的基礎(chǔ)，其對(duì)后續(xù)浸漬漿以及鈀碳催化劑的制備工藝具有很大影響，本方案中選用硝酸鈀鹽酸溶液或氯化鈀鹽酸溶液可以使得其制備工藝控制簡(jiǎn)單，沒有額外的副反應(yīng)及產(chǎn)物，而且十分有利于浸漬漿液的化學(xué)還原反應(yīng)，使得最終的鈀碳催化劑的性能優(yōu)良。
作為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選技術(shù)方案，第一堿金屬氫氧化物優(yōu)選為氫氧化鈉、氫氧化鉀及氫氧化鋇。第一堿金屬氫氧化物溶液用于制備氫氧化鈀，考慮到氫氧化鈀的特征，這就要求第一堿金屬氫氧化物具有良好的溶解度，且相應(yīng)堿金屬離子不會(huì)引起其他化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生雜質(zhì)化合物，從而影響最重制備所得的氫氧化鈀純度，進(jìn)一步地影響鈀碳催化劑的制備過程，氫氧化鈉、氫氧化鉀及氫氧化鋇具有良好的溶解度，通過其制備的氫氧化鈀性能優(yōu)良，純度高，十分有利于鈀碳催化劑的反應(yīng)形成。
作為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選技術(shù)方案，第二堿金屬氫氧化物優(yōu)選為氫氧化鈉、氫氧化鉀及氫氧化銨。由于第二堿金屬氫氧化物溶液用于溶解氫氧化鈀，這就要求第二堿金屬氫氧化物溶液中不含有能夠與氫氧化鈀產(chǎn)生預(yù)期之外反應(yīng)的溶解物，同樣的，第二堿金屬氫氧化物溶液也不應(yīng)在后續(xù)的反應(yīng)過程中引起其他可能會(huì)影響鈀碳催化劑制備的反應(yīng)過程。因此，第二堿金屬氫氧化物溶液應(yīng)當(dāng)是穩(wěn)定的、不易發(fā)生反應(yīng)的氫氧化物溶液，以確保鈀碳催化劑的制備過程可以順利得到目標(biāo)產(chǎn)物。本技術(shù)方案中，第二堿金屬氫氧化物選擇氫氧化鈉、氫氧化鉀或氫氧化銨，其不含額外的溶解物，不會(huì)引起額外的反應(yīng)，十分有利于鈀碳催化劑的反應(yīng)形成，生成的鈀碳催化劑性能穩(wěn)定優(yōu)良。
作為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選技術(shù)方案，浸漬溫度在50℃-60℃之間。由于經(jīng)過浸漬的活性炭還需要進(jìn)行還原反應(yīng)方可得到鈀碳催化劑，浸漬溫度不宜過高，否則會(huì)在浸漬過程中即發(fā)生還原反應(yīng)，影響活性炭的浸漬效果，導(dǎo)致最后經(jīng)還原反應(yīng)所得的鈀碳催化劑不符合預(yù)期要求，而且浸漬穩(wěn)定也不宜過低，否則影響浸漬效果，本方案中優(yōu)選將其設(shè)置在上述范圍內(nèi)，可以有效保證含鈀溶液的浸漬效果，得到的浸漬漿液性能優(yōu)良，有利于鈀碳催化劑的反應(yīng)生成。
作為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選技術(shù)方案，還原溫度控制在80℃-100℃。考慮到活性炭的主要成分是碳原子，浸漬漿液的還原反應(yīng)溫度以控制在80℃-100℃為宜，在此范圍內(nèi)，還原所得的鈀碳催化劑效果最優(yōu)。
作為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選技術(shù)方案，還原劑為水合肼、甲酸、甲酸鈉、葡萄糖、氫氣中的一種或幾種?；瘜W(xué)領(lǐng)域的還原劑種類眾多，本技術(shù)方案中列舉的幾種還原劑，其獲取簡(jiǎn)單，反應(yīng)產(chǎn)物對(duì)鈀碳催化劑的制備合成沒有其他不利影響，且產(chǎn)物綠色環(huán)保、對(duì)環(huán)境沒有負(fù)面的影響。
按照本發(fā)明的另一方面，提供一種美羅培南用鈀碳催化劑，其特征在于，其由上述制備方法制備得到。本方案中所述鈀碳催化劑是氫氧化鈀溶液浸漬到活性炭載體上后，經(jīng)還原劑還原所得。在制備過程中，這種工序流程簡(jiǎn)單易操作，有針對(duì)性地獲得符合需求的鈀碳催化劑。
作為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選技術(shù)方案，鈀碳催化劑的鈀含量介于2％-10％之間。在現(xiàn)有技術(shù)條件需求下，鈀碳催化劑中的鈀含量在2％-10％之間的時(shí)候，催化功能最好。
總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果：
1)本發(fā)明的鈀碳催化劑制備方法，其通過優(yōu)化的反應(yīng)原料以及反應(yīng)工藝的控制，實(shí)現(xiàn)選擇性催化加氫脫芐基反應(yīng)，使得制備的催化劑具有合適的粒徑，不但具有較好的催化活性，而且對(duì)美羅培南的芐基氫解具有較強(qiáng)選擇性；
2)本發(fā)明的鈀碳催化劑制備方法利用新鮮制備的氫氧化鈀可與堿金屬氫氧化物或氫氧化銨進(jìn)一步反應(yīng)，形成可溶性的鈀化合物的特性，制備堿性鈀浸漬溶液，堿性浸漬溶液可與活性炭表面的活性官能團(tuán)結(jié)合，進(jìn)而將鈀錨定在活性炭上，達(dá)到緊密吸附的效果，再經(jīng)控制還原，可得到具有尺寸效應(yīng)的鈀粒子，在兼顧活性的同時(shí)，提高了反應(yīng)選擇性；
3)本發(fā)明的鈀碳催化劑制備方法，制備工藝流程簡(jiǎn)單，僅需要經(jīng)過氫氧化鈀化合物溶液制備、活性炭載體浸漬吸附、化學(xué)還原等步驟，即可獲得符合需求的、鈀金屬顆粒粒徑合適的鈀碳催化劑；
4)本發(fā)明的鈀碳催化劑制備方法，除含鈀化合物外，采用的均是堿金屬氫氧化物、活性炭、水合肼、甲酸、甲酸鈉、葡萄糖、氫氣等易于獲取，且反應(yīng)產(chǎn)物對(duì)環(huán)境負(fù)面影響很小的原材料，制備后的廢料中金屬鈀回收方便。
具體實(shí)施方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
實(shí)施例1
1)稱取氯化鈀例如1.68g溶于盡量少的鹽酸，然后與例如1.0mol/L的氫氧化鈉水溶液中和反應(yīng)，得到氫氧化鈀沉淀，去離子水洗滌，至無氯離子。
2)新鮮制備的氫氧化鈀，溶于盡量少的例如4.0moL/L的氫氧化鈉溶液，稀釋鈀濃度，例如為0.1moL/L。
3)控制溫度50℃-60℃，堿性浸漬液與例如19.0g椰殼活性炭攪拌吸附一定時(shí)間，例如4h，將鈀溶液浸漬吸附到活性炭載體上；本實(shí)施例中活性炭?jī)?yōu)選經(jīng)例如5％硝酸煮沸活化，本通告去離子水洗滌。
4)控制溫度80-100℃，采用水合肼進(jìn)行還原，得到鈀碳催化劑。
實(shí)施例2
本實(shí)施例中，除步驟2)中以氫氧化鉀代替氫氧化鈉外，其他步驟和參數(shù)優(yōu)選同實(shí)施例1。
實(shí)施例3
本實(shí)施例中，除步驟2)中以氫氧化銨代替氫氧化鈉外，其他步驟和參數(shù)優(yōu)選同實(shí)施列1。
實(shí)施例4
本實(shí)施例中，除步驟4)中以甲酸代替水合肼外，其他步驟和參數(shù)優(yōu)選同實(shí)施列1。
實(shí)施例5
本實(shí)施例中，除步驟4)中以甲酸鈉代替水合肼外，其他步驟和參數(shù)優(yōu)選同實(shí)施列1。
實(shí)施例6
本實(shí)施例中，除步驟4)中以代替葡萄糖代替水合肼外，其他同實(shí)施列1。
實(shí)施例7
本實(shí)施例中，除步驟4)中以代甲酸代替水合肼外，其他同實(shí)施列2。
實(shí)施例8
本實(shí)施例中，除步驟4)中以代甲酸鈉代替水合肼外，其他同實(shí)施列2。
實(shí)施例9
本實(shí)施例中，除步驟4)中以代葡萄糖代替水合肼外，其他同實(shí)施列2。
實(shí)施例10
本實(shí)施例中，除步驟4)中以代甲酸代替水合肼外，其他同實(shí)施列3。
實(shí)施例11
本實(shí)施例中，除將步驟4)中以代甲酸鈉代替水合肼外，其他同實(shí)施列3。
實(shí)施例12
本實(shí)施例中，除將步驟4)中以代葡萄糖代替水合肼外，其他同實(shí)施列3。
針對(duì)上述實(shí)例提供如下催化性能驗(yàn)證：
反應(yīng)體系：1000mL的不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，依次加入保護(hù)美羅培南5.0g；四氫呋喃200mL，純水250mL,2,6-二甲基吡啶8mL，Pd/C催化劑1g，氮?dú)猓瑲錃忭樞蛑脫Q三次，維持氫氣壓力1.8Mpa，維持溫度35℃，反應(yīng)3h。
反應(yīng)結(jié)束后，過濾，濾液在冰浴中用丙酮結(jié)晶，晶體在真空干燥箱中40℃干燥至恒重，計(jì)算產(chǎn)品收率。
結(jié)果如下表：
需要說明的是，上述各實(shí)施例中，步驟1)的含鈀的化合物及其溶液與濃度，相應(yīng)的氫氧化物溶液及其濃度、配比，以及步驟2)中制備的鈀溶液的濃度均是示例性的，并不用于限定本發(fā)明；另外，步驟3)中浸漬吸附的活性炭類型及其質(zhì)量，浸漬溫度及時(shí)間，以及步驟4)中化學(xué)還原反應(yīng)中的反應(yīng)溫度以及還原劑的類型也僅是示例性說明，并不用于限定本發(fā)明。實(shí)際上，步驟1)中含鈀的化合物不限于氯化鈀，也可以是其他含鈀化合物，用于與含鈀的化合物配置含鈀的化合物溶液也不限于為鹽酸，其可以根據(jù)含鈀的化合物類型進(jìn)行對(duì)應(yīng)確定；而且相應(yīng)制備氫氧化鈀的氫氧化物溶液也不限于氫氧化鈉，也可以是例如氫氧化鉀、氫氧化銨或其他氫氧化物溶液，其濃度也可以根據(jù)實(shí)際情況具體確定，并不限于上述數(shù)值。另外，步驟2)中氫氧化鈀溶于溶液的類型也不限于氫氧化鈉溶液，也可以是例如氫氧化鉀、氫氧化銨或其他氫氧化物溶液，其溶于溶液后稀釋的鈀溶液的濃度不限于為0.1moL/L，也可以為其他滿足條件的濃度。
步驟3)中活性炭不限于椰殼活性炭，可以是其他具有較強(qiáng)吸附作用的活性炭種類，其質(zhì)量也不限于上述實(shí)施例中數(shù)值，可以根據(jù)具體需要進(jìn)行選擇，優(yōu)選活性碳平均粒度為200目-300目，比表面積介于800m2/g-1200m2/g。浸漬吸附的溫度優(yōu)選是50℃-60℃，更優(yōu)選例如52℃-58℃，最優(yōu)選54℃-56℃。浸漬吸附中攪拌時(shí)間也不限于實(shí)施例中的時(shí)間，可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行確定。
步驟4)中化學(xué)還原反應(yīng)中的還原劑的類型并不限于水合肼，可以是其他還原劑，例如甲酸、甲酸鈉、葡萄糖、氫氣，還原劑可以是其中的任何一種或任何多種，當(dāng)然也可以選擇其他滿足條件的還原劑。同時(shí)，還原反應(yīng)的溫度優(yōu)選在80-100℃，更優(yōu)選例如88℃-98℃，最優(yōu)選90℃-94℃。
總之，上述實(shí)施例中各組分類型及參數(shù)僅是用于更好地解釋本發(fā)明的技術(shù)方案，并不用于限定本發(fā)明的技術(shù)方案，實(shí)際上本發(fā)明技術(shù)方案的更為關(guān)鍵的是其中的核心成分氫氧化鈀以及利用氫氧化鈀進(jìn)行的一系列制備工藝的技術(shù)手段，從而可以獲得性能優(yōu)良的鈀碳催化劑。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。