[0001]
技术领域
[0002] 本
发明涉及一种NiFe@CN催化剂及其应用,属于催化合成领域。
背景技术
[0003] N-[3-
氨基丙基-2-羟基乙基硫基]-4-硝基苯甲酰胺的结构式:是重要的活性染料,N-[3-氨基丙基-2-羟基乙基硫基]-
4-硝基苯甲酰胺的高合成率依赖于催化剂催化合成,寻求一种高活性的催化剂促进N-[3-氨基丙基-2-羟基乙基硫基]-4-硝基苯甲酰胺的合成率非常有必要 。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于提供一种NiFe@CN催化剂,该催化剂在优化条件下能催化4-硝基苯甲酰氯和3-氨基丙基-2-羟基乙基硫醚的反应,具有较高的产物收率。
[0005] 一种NiFe@CN催化剂,其特征在于,其制备方法如下:步骤1、将1.2g Ni(NO3)2·6H2O和0.8g Fe(NO3)3·9H20用100ml去离子
水溶解于烧杯中,使[Fe3+]=0.02mo1·L-1,为溶液A,在100m1去离子水中加入 0.4g NaOH和0.4g Na2C03,为溶液B;
步骤2、将上述两种溶液在室温下缓慢混合并加入到胶体磨中,控制转速为3000rpm, 得到浑浊的液体,先将液体离心,后洗涤直到pH=7;
步骤3、然后将离心产物分散于500ml四口瓶中,加入适量去离子水,超声3min,晶化6h,晶化
温度为60℃,晶化结束后离心得到Ni2Fe-LDH;
步骤4、在研钵中将Ni2Fe-LDH和三聚氰胺按
质量比1:3混合后充分
研磨,然后在N2保护
下管式炉中锻烧,升温速率为50℃·min-1,目标温度550℃,保温时间4h,锻
烧结束后得到NiFe@CN催化剂。
[0006] NiFe@CN催化剂在合成N-[3-氨基丙基-2-羟基乙基硫基]-4-硝基苯甲酰胺的应用。
[0007] 有益效果:本发明提供了一种NiFe@CN催化剂,采用成核晶化隔离法成功制备了不同比例的镍
铁水滑石,将其与三聚氰胺复合后晶型依旧保持;将前驱体在氮气气氛中自还原法成功制备了NiFe@CN
核壳结构催化剂,该制备过程无需通入氢气,节约
能源并且制备方法较为新颖,合适的镍铁比例和镍含量有利于生成较小的催化剂颗粒,从而使其具有较强催化活化的能
力,对3-氨基丙基-2-羟基乙基硫醚的甲酰化反应具有优异的催化效果,产物收率得到大幅提高,4-硝基苯甲酰氯和3-氨基丙基-2-羟基乙基硫醚在催化剂的作用下发生甲酰胺化反应得到中间体产物N-[3-氨基丙基-2-羟基乙基硫基]-4-硝基苯甲酰胺。。
具体实施方式
[0008]
实施例1NiFe@CN催化剂制备方法如下:
步骤1、将1.2g Ni(NO3)2·6H2O和0.8g Fe(NO3)3·9H20用100ml去离子水溶解于烧杯中,使[Fe3+]=0.02mo1·L-1,为溶液A,在100m1去离子水中加入 0.4g NaOH和0.4g Na2C03,为溶液B;
步骤2、将上述两种溶液在室温下缓慢混合并加入到胶体磨中,控制转速为3000rpm, 得到浑浊的液体,先将液体离心,后洗涤直到pH=7;
步骤3、然后将离心产物分散于500ml四口瓶中,加入适量去离子水,超声3min,晶化6h,晶化温度为60℃,晶化结束后离心得到Ni2Fe-LDH;
步骤4、在研钵中将Ni2Fe-LDH和三聚氰胺按质量比1:3混合后充分研磨,然后在N2保护下管式炉中锻烧,升温速率为50℃·min-1,目标温度550℃,保温时间4h,锻烧结束后得到NiFe@CN催化剂。
[0009] 一种中间体N-[3-氨基丙基-2-羟基乙基硫基]-4-硝基苯甲酰胺的合成方法,其特征在于该方法包括以下步骤:步骤1、在250ml四口烧瓶中加入8.0g 3-巯基
乙醇,室温磁力搅拌条件下缓慢滴加20mL 浓度30%氢
氧化钠溶液,滴加完毕后体系升温至50℃,将21.9g 3-丙胺
氢溴酸盐用9ml水搅拌溶解,缓慢滴加至上述的反应瓶中,继续50℃保温搅拌1h;
步骤2、反应结束后停止搅拌,溶液呈淡黄透明,底部有少量白色固体析出,调节体系PH=10,上层澄清液50℃旋干得粘稠液体,用无水乙醇50℃重结晶,得到12.4g淡黄色粘稠液体产物3-氨基丙基-2-羟基乙基硫醚;
步骤3、在
冰水浴机械搅拌条件下,将18.6g 4-硝基苯甲酰氯和15.0g 3-氨基丙基-2-羟基乙基硫醚溶于80 ml
甲苯中,加入1.0g NiFe@CN催化剂后缓慢滴加30ml乙酰氯1h, TLC
跟踪反应;
步骤4、向上述体系缓慢滴加lOml浓度30%的氢氧化钠溶液,以保持溶液体系pH=10,反应完毕后继续保持冰浴条件搅拌反应2h,-4℃
冰箱冷藏过夜,冷藏完成后抽滤,
滤饼用无水乙醇重结晶,得到白色中间体N-[3-氨基丙基-2-羟基乙基硫基]-4-硝基苯甲酰胺。
[0010] 实施例2步骤3、在冰水浴机械搅拌条件下,将14.6g 4-硝基苯甲酰氯和15.0g 3-氨基丙基-2-羟基乙基硫醚溶于80 ml甲苯中,加入1.0g NiFe@CN催化剂后缓慢滴加30ml乙酰氯1h, TLC跟踪反应;其余步骤同实施例1。
[0011] 实施例3步骤3、在冰水浴机械搅拌条件下,将10.6g 4-硝基苯甲酰氯和15.0g 3-氨基丙基-2-羟基乙基硫醚溶于80 ml甲苯中,加入1.0g NiFe@CN催化剂后缓慢滴加30ml乙酰氯1h, TLC跟踪反应;其余步骤同实施例1。
[0012] 实施例4步骤3、在冰水浴机械搅拌条件下,将6.6g 4-硝基苯甲酰氯和15.0g 3-氨基丙基-2-羟基乙基硫醚溶于80 ml甲苯中,加入1.0g NiFe@CN催化剂后缓慢滴加30ml乙酰氯1h, TLC跟踪反应;其余步骤同实施例1。
[0013] 实施例5步骤3、在冰水浴机械搅拌条件下,将2.6g 4-硝基苯甲酰氯和15.0g 3-氨基丙基-2-羟基乙基硫醚溶于80 ml甲苯中,加入1.0g NiFe@CN催化剂后缓慢滴加30ml乙酰氯1h, TLC跟踪反应;其余步骤同实施例1。
[0014] 实施例6步骤3、在冰水浴机械搅拌条件下,将18.6g 4-硝基苯甲酰氯和12.0g 3-氨基丙基-2-羟基乙基硫醚溶于80 ml甲苯中,加入1.0g NiFe@CN催化剂后缓慢滴加30ml乙酰氯1h, TLC跟踪反应;其余步骤同实施例1。
[0015] 实施例7步骤3、在冰水浴机械搅拌条件下,将18.6g 4-硝基苯甲酰氯和9.0g 3-氨基丙基-2-羟基乙基硫醚溶于80 ml甲苯中,加入1.0g NiFe@CN催化剂后缓慢滴加30ml乙酰氯1h, TLC跟踪反应;其余步骤同实施例1。
[0016] 实施例8步骤3、在冰水浴机械搅拌条件下,将18.6g 4-硝基苯甲酰氯和6.0g 3-氨基丙基-2-羟基乙基硫醚溶于80 ml甲苯中,加入1.0g NiFe@CN催化剂后缓慢滴加30ml乙酰氯1h, TLC跟踪反应;其余步骤同实施例1。
[0017] 实施例9步骤3、在冰水浴机械搅拌条件下,将18.6g 4-硝基苯甲酰氯和3.0g 3-氨基丙基-2-羟基乙基硫醚溶于80 ml甲苯中,加入1.0g NiFe@CN催化剂后缓慢滴加30ml乙酰氯1h, TLC跟踪反应;其余步骤同实施例1。
[0018] 实施例10步骤3、在冰水浴机械搅拌条件下,将18.6g 4-硝基苯甲酰氯和20.0g 3-氨基丙基-2-羟基乙基硫醚溶于80 ml甲苯中,加入1.0g NiFe@CN催化剂后缓慢滴加30ml乙酰氯1h, TLC跟踪反应;其余步骤同实施例1。
[0019] 对照例1与实施例1不同点在于:中间体的合成步骤1中,3-巯基乙醇、3-丙胺氢溴酸盐质量比为
11:1,其余步骤与实施例1完全相同。
[0020] 对照例2与实施例1不同点在于:中间体的合成步骤1中,3-巯基乙醇、3-丙胺氢溴酸盐质量比为
1:1,其余步骤与实施例1完全相同。
[0021] 对照例3与实施例1不同点在于:催化剂的合成步骤1中,不再加入Ni(NO3)2·6H2O,其余步骤与实施例1完全相同。
[0022] 对照例4与实施例1不同点在于:催化剂的合成步骤1中,不再加入Fe(NO3)3·9H20,其余步骤与实施例1完全相同。
[0023] 对照例5与实施例1不同点在于:催化剂的合成步骤1中,氢氧化钠和
碳酸钠质量比为1:10,其余步骤与实施例1完全相同。
[0024] 对照例6与实施例1不同点在于:催化剂的合成步骤1中,氢氧化钠和碳酸钠质量比为10:1,其余步骤与实施例1完全相同。
[0025] 对照例7与实施例1不同点在于:催化剂的合成步骤2中,调节体系PH=3;其余步骤与实施例1完全相同。
[0026] 对照例8与实施例1不同点在于:催化剂的合成步骤2中,调节体系PH=11;其余步骤与实施例1完全相同。
[0027] 对照例9与实施例1不同点在于:催化剂的合成步骤4中,Ni2Fe-LDH和三聚氰胺按质量比1:1,其余步骤与实施例1完全相同。
[0028] 对照例10与实施例1不同点在于:催化剂的合成步骤4中,Ni2Fe-LDH和三聚氰胺按质量比3:1,其余步骤与实施例1完全相同。
[0029]实施例和对照例不同条件下的反应结果如表所示
实验结果表明催化剂对4-硝基苯甲酰氯和3-氨基丙基-2-羟基乙基硫醚的合成反应具有良好的催化效果,在反应条件一定时,中间体收率越高,催化性能越好,反之越差;4-硝基苯甲酰氯、3-氨基丙基-2-羟基乙基硫醚质量比为实施例1和2时,其他配料固定,合成效果最好,与实施例1不同点在于,实施例3至实施例10分别改变主要原料4-硝基苯甲酰氯、3-氨基丙基-2-羟基乙基硫醚的用量和配比,对合成产物的收率有不同的影响;对照例1至对照例 2改变3-巯基乙醇、3-丙胺氢溴酸盐质量比,其他步骤完全相同,导致产物收率明显降低,说明3-巯基乙醇、3-丙胺氢溴酸盐质量比对第一步反应的产物影响很大;对照例3至对照例4不再加入Ni(NO3)2·6H2O和Fe(NO3)3·9H20,效果依然不好,说明两种金属盐是催化剂的重要组成原料;对照例5至对照例6改变氢氧化钠和碳酸钠质量比,收率依然不高,说明
碱源的配比很重要:对照例7至对照例8体系的PH发生变化,催化反应的效果明显变差,说明中性条件下处理的催化剂效果较好;对照例9至对照例10 Ni2Fe-LDH和三聚氰胺按质量比发生变化,催化剂核壳比值变化,反应的转化率和选择性很低,反应效果明显变差,产物收率依然不高;因此使用本发明的催化剂对N-[3-氨基丙基-2-羟基乙基硫基]-4-硝基苯甲酰胺的合成反应具有优异的催化效果。