[发明专利]一种铜离子插层类水滑石可见光催化剂及其应用

说明书

本发明属于光催化有机合成领域，更具体地，涉及一种铜离子插层类水滑石催化剂及其在可见光催化合成1,3‑丁二炔类化合物中的应用。该催化剂组成为其中A²⁺和B³⁺分别是组成层板的二价和三价金属离子，Cu‑L为层间的Cu⁺或Cu²⁺配合物阴离子，在可见光照射下，实现了室温、无碱、高效、催化剂可重复使用的光催化末端炔烃氧化偶联合成1,3‑丁二炔类化合物。本发明催化剂制备简单、价廉易得，反应条件温和，在室温、常压氧气氛、醇类溶剂、可见光或太阳光照射下，反应可快速高效地进行，底物适用范围广，丁二炔产率高，催化剂可多次循环使用，易于实现工业化应用。

技术领域

本发明属于光催化有机合成领域，更具体地，涉及一种铜离子插层类水滑石可见光催化剂及其在可见光催化合成1,3-丁二炔类化合物中的应用。

背景技术

1,3-丁二炔是一类重要的有机化合物，广泛的存在于自然界中，已成功从自然界中植物和微生物中提取出来。1,3-共轭二炔主要是通过端基炔的自偶联反应合成，两个碳碳叁键间形成一种共轭结构，是一类重要的官能团，主要应用于聚合体和超分子化学、抗菌药物、天然产物、纳米材料、化学传感器、以及精细有机合成等重要领域。自Glaser报道了用CuCl用于苯乙炔偶联反应，在空气中合成了1,4-二苯基-1,3丁二炔，近百年来已经报道了许多合成二炔类化合物的新方法，发展了多种催化体系，目前以负载型的多相Cu(I)、Cu(II)和CuNPs(纳米铜)催化体系为主。

传统的热催化反应存在反应条件较苛刻、需要添加碱助剂、催化剂活性不高等局限，不利于大规模生产。例如，焙烧后的CuMgAlO_x氧化物催化剂，在正丁醇为溶剂、NaOH为碱助剂、2MPa O₂和60℃条件下可催化苯乙炔偶联反应(S.M.Auer,M.Schneider,A.Baiker,Novel heterogeneous route for the coupling of phenylethyne by a catalystderived from Cu-Mg-Al hydrotalcite.Chem.Commun.1995,2057-2058)。中国专利[CN105016947B]公开了一种以羧甲基纤维素络合的CuSO₄为催化剂，以二甲基亚砜作为反应溶剂，在110℃下偶联合成1,3-丁二炔类化合物的方法。

采用清洁、节能的太阳能光催化来替代传统热催化进行有机合成是未来研究的重要方向。但光催化合成1,3-丁二炔类化合物的报道很少。目前仅有一种CuCl-乙腈均相催化体系被报道，能在室温、氧气氛、蓝色LED光照射下将末端炔烃催化转化为1,3-丁二炔类化合物[A.Sagadevan,V.P.Charpe,K.C.Hwang,Copper(I)chloride catalysed roomtemperature C_sp-C_sp homocoupling of terminal alkynes mediated by visible light[J].Catal.Sci.Technol.2016,6,7688-7692]。但是该均相催化体系存在催化剂难于回收的缺点。因此，发展高效、绿色、可重复使用的多相光催化合成1,3-丁二炔类化合物的方法具有潜在的应用前景。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种铜离子插层类水滑石催化剂及其在可见光催化合成1,3-丁二炔类化合物中的应用，其目的在于提供一种Cu^1+/2+插层限域的类水滑石催化剂，用于可见光条件下催化末端炔烃偶联合成1,3-丁二炔类化合物，可在室温、常压、无碱助剂、可见光或太阳光照射下高效的进行，且催化剂具有高活性、高稳定性、可回收多次重复使用，由此解决现有1,3-丁二炔类化合物的合成方法存在能耗高、使用助剂、催化剂活性低、稳定性差的技术问题。