[发明专利]一种光催化烃类氧化的方法

说明书

本发明提供了一种光催化氧化烃类C‑H键制备醛类化合物的方法，该方法以氮掺杂二氧化钛(N‑doped TiO₂)为催化剂，空气或者氧气为氧源，光照即可发生C‑H键的氧化生成相应的醛，酮或者酸类化合物。此方法条件温和，氧化效率高，产品收率高。光照条件下，以空气或者氧气为氧源，经济，环保，绿色，符合可持续发展能源战略，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及光催化有机化合物转化领域，具体涉及光催化氧化裂解烃类化合物C-H键制备醛，酮或者酸类化合物的方法。

背景技术

C-H键氧化裂解在有机合成中发挥着重要的作用。但是C-H键固有的非极性，热力学稳定性，动力学惰性的性质使得C-H键的裂解存在一定的困难和挑战。非催化过程中，大多使用一些计量氧化剂在高温高压的条件下进行。催化过程中，主要使用一些过渡金属络合物或者氧化物作为催化剂，过氧化氢或者氧气为氧源，但是在这些过程中，一般需加入复杂的配体或者碱等添加剂，在高温高压的条件下才可以实现。由于这些条件比较苛刻，产物的选择性难易控制，往往会导致一些过度氧化的产物生成。因此，发展一种在温和条件下高选择性的断裂C-H键对有机合转化有着非常重要的研究和应用价值。本发明提供一种光催化C-H键氧化裂解的手段，以各种烃类为底物，氮掺杂的二氧化钛(N-doped TiO₂)为催化剂，以氧气或者空气作为氧源，可以在温和条件下发生C-H键氧化生成相应的醛，酮或者酸类化合物。

发明内容

本发明的意义在于发展一种在光照条件下氧化C-H键生成相应的醛，酮或者酸类化合物的方法，该方法条件温和，以氧气或者空气为氧源，环保绿色。

本发明所采用的技术方案为：将底物和催化剂加入到装有溶剂的反应管中，充入氧气或者空气，密封，搅拌条件下，设定温度下，光源照射一定时间。反应完成后，离心移除催化剂，蒸干溶剂，柱分离得到产物。方案中所述光源可以为发射不同波段模拟自然光的氙灯，以及单一波长的LED灯；单一波长的LED的波长范围为365～800nm。光照强度10～800mW/cm^–2。所述含氧气体的压力为1-10Mpa。所述催化剂为氮掺杂的二氧化钛(N-doped TiO₂)，且氮的含量为0.01wt％～20wt％。所述烃类化合物包括常见的烷烃，环烷烃以及芳香烃。其中烷烃的分子式为：C_nH_2n+1(其中1≤n≤24,n为整数)；芳香烃的分子式为R_1x-(C₆H_5-x)-CH₂R₂，x＝1～5，其中，R₁代表取代基，R₁＝H，F，Cl，Br，I，CH₃，OCH₃，NH₂，NO₂，CHO，Ph，x代表取代基的数目，当x>1时；R₁为相同取代基或不同取代基，R₂为含有不同取代基的苯环或者为十二个碳及其以下的支链或者直链烷基取代基。

所述溶剂包括甲醇，乙醇，乙腈，四氢呋喃，N,N-二甲基甲酰胺，二甲亚砜，甲苯，对二甲苯，二氯乙烷，丙酮，乙酸乙酯，氯苯，正辛烷，二氧六环，吡啶中的一种或两种以上。所述反应温度为20-80℃。所述反应时间为0.5-100h。