[发明专利]一种用光电一体催化制备氘代乙腈的方法

说明书

本发明公开了一种用光电一体催化高效制备氘代乙腈的方法，该方法是以最廉价易得的氘水为氘源，以乙腈为原料，采用多种催化剂协同作用，在室温下反应若干小时。反应结束后通过减压蒸馏并通过干燥后，即可得到氘代乙腈。经过高分辨质谱检测其氘代率大于99.8%，符合商业氘代乙腈的标准。

技术领域

本发明属于化学合成领域，具体涉及新型光电一体催化制备氘代乙腈的方法。

背景技术

氘代乙腈是一种有机溶剂，可作为非质子性溶剂用于有机反应，同时，氘代乙腈也是一种最常用的核磁（NMR）检测溶剂。目前其主要制备方法是在强碱和高温的作用下，拔去乙腈中-CH₃的质子，氘水中的D⁺发生亲电反应，从而完成H-D交换。该传统方法往往耗时长、能耗高、氘代率低等缺点，大大提高了氘代乙腈的成本。CN 114436893 A中提及了利用纳米级负载型催化剂制备氘代乙腈，然而该方法需要加热且耗时较长，此外催化剂的制备过程较为繁琐。目前国内氘代乙腈的价格普遍在5000元/100克，因此开发一种更加绿色、环保、低成本的氘代方法成为研究热点。

控制和减少温室气体排放、推动绿色低碳发展的重大创新成为目前科研和工业领域的主旋律。光电催化较于传统热催化具有对环境友好、能耗低、反应性能优越等特点，被广泛应用于各种领域的反应。二氧化钛作（TiO₂）为一种优良的光敏型半导体材料，其禁带宽度为3.2eV, 当受到波长≤387.5nm的紫外光照射时，价带的电子(e^-)就会获得光子的能量而被激发至导带上并在电场作用下迁移到TiO₂粒子表面，相应地形成光生空穴(h⁺)，从而产生具有高活性的空穴。空穴可以获取吸附或靠近在TiO₂表面物质的电子，发生氧化还原反应。因此TiO₂被广泛用于光解水和有机物C-H键的活化领域。

发明内容

本发明的目的在于提供一种快速、高效、廉价的方法制备氘代乙腈。

本发明提供的一种用光电一体催化制备氘代乙腈的方法，其特征在于，以氘水和乙腈为反应原料，以氘代DMSO、路易斯酸、TiO₂、电解质、硼烷衍生物为复合催化剂，在惰性气氛保护下，一定温度下紫外光电催化反应制备氘代乙腈。

本发明涉及的一种用光电一体催化制备氘代乙腈的方法，其具体步骤如下：

（1）将一定量的乙腈加入氘水中，并加入复合催化剂，N₂保护下充分搅拌均匀；

（2）功率5W-20W，波长在265-390nm之间的紫外灯照射下，C(+)/Pt(-)做电极，10-20mA电流下，15-30℃充分反应0.5-2h；

（3）反应结束后，过滤收集催化剂，40℃下减压蒸馏收集得到氘代乙腈粗品；

（4）将氘代乙腈粗品干燥得到氘代乙腈纯品。

步骤（1）乙腈和氘水之间的摩尔比为1:5~50；

步骤（1）乙腈和复合催化剂之间的摩尔比依次为：n(乙腈)：n(氘代DMSO)：n(路易斯酸)：n(TiO₂)：n(电解质)：n(硼烷衍生物) =1 : 0.01-0.5 : 0.0001-0.01 : 0.0001-0.01 : 0.001-0.05 : 0.0001-0.01；

步骤（1）所述惰性气氛为氮气气氛或氩气气氛，优选为氮气气氛。

步骤（4）干燥为使用干燥剂将氘代乙腈粗品干燥；所述的干燥剂选自无水CaSO₄、无水CaCl₂、无水MgSO₄、无水Na₂SO₄等。