镍负载的多孔碳材料催化剂及其制备方法和用途与流程

1.本发明涉及催化剂领域，具体涉及一种镍负载的多孔碳材料催化剂的制备方法、由所述制备方法制得的镍负载的多孔碳材料催化剂以及其在催化制备2-氰基-4’?甲基联苯中的用途，还涉及了一种2-氰基-4’?甲基联苯的制备方法。

背景技术：

2.联苯及其衍生物是一种工业上非常重要的化学品，可以用于生产耐高温材料和液晶，也可以作为染料、药物、农药等领域的中间体，还可以作为生产多种聚合物的单体等。鉴于联苯类化合物的实际应用价值，许多研究者对这类化合物的合成进行了研究，而以卤代芳烃为主要原料合成联苯类化合物是这一领域研究的热点之一。

3.2-氰基-4’?甲基联苯是最新一代疗效确切、作用机制新颖且副作用小的新型抗高血压药沙坦类药物的关键中间体化合物，如伊贝沙坦、洛沙坦等。其主要合成方法有催化一步合成法、芳构化闭环合成法和多步合成法。其中，催化一步合成法具有原料价廉易得、选择性好、副产品少、效率高、设备投入少、污染少等优点，是一种较为理想的工业化生产方法，受到了很大的关注，但是，由于催化剂回收困难、溶液难以循环利用等问题限制了该合成法的发展。对于芳构化闭环合成法而言，因为受到原料的限制，该合成法在商业上的研究价值较低。多步合成法则会生成大量的副产物，导致生产费用变高。

4.综上所述，催化一步合成法是目前制备2-氰基-4’?甲基联苯的有效方法，为进一步改进该合成法，急需设计一种环境友好、便于回收、催化活性更好的新型催化剂，以提高催化剂的利用率并增加目标产品的收率，这具有很重要的工业和社会意义。

技术实现要素：

5.为克服现有技术中存在的不足，本发明的一个目的是提供一种镍负载的多孔碳材料催化剂的制备方法，采用该方法制备得到的催化剂催化活性好，方便回收再利用，因此提高了催化剂的使用寿命和使用效率。

6.本发明的另一个目的是提供所述制备方法制得的镍负载的多孔碳材料催化剂及其用途。

7.本发明的还一个目的是提供一种2-氰基-4’?甲基联苯的制备方法。

8.本发明提供的镍负载的多孔碳材料催化剂的制备方法包括以下步骤：

9.s1：将模板剂、碳源、氮源以及镍源混合并研磨均匀得到混合固体；

10.s2：将步骤s1所得的混合固体在惰性气氛中于500～900℃下煅烧得到煅烧样品；

11.s3：将步骤s2所得的煅烧样品在酸性溶液中洗涤并干燥得到催化剂前体；以及

12.s4：将步骤s3所得的催化剂前体在还原气氛中于500～1100℃下煅烧得到所述镍负载的多孔碳材料催化剂。

13.本发明提供的制备方法可以使制得的催化剂具备较大的比表面积以及合适的孔洞，因而具备良好的催化活性。通过煅烧，氮与金属镍之间加强了相互作用，从而提高了金

属镍的分散性，催化活性位点能够得到明显增加。此外，酸处理对于催化活性也有较大的影响，通过酸处理可以除去残留的镍和未反应的原料，因而能够进一步增加活性位点，提高催化活性。而且，本发明制得的催化剂还具有非常好的稳定性，反应过程中活性位点不易流失或失活，因而能够反复回收再利用，均能够保持较高水平的催化活性。

14.在根据本发明的一些实施方式中，所述步骤s1中，所述模板剂可以选自氯化钠。

15.在根据本发明的一些实施方式中，所述步骤s1中，所述碳源可以选自一种或多种的氨基酸，包括但不限于所有种类的天然氨基酸；在一些优选的实施方式中，所述碳源可以选自谷氨酸。

16.在根据本发明的一些实施方式中，所述步骤s1中，所述氮源可以选自尿素、双氰胺、三聚氰胺中的一种或多种；在一些优选的实施方式中，所述氮源可以选自尿素。

17.在根据本发明的一些实施方式中，所述步骤s1中，所述镍源可以选自六水硝酸镍、氯化镍、乙酸镍、乙酰丙酮镍、碳酸镍、硫酸镍中的一种或多种；在一些优选的实施方式中，所述镍源可以选自六水硝酸镍。

18.在根据本发明的一些实施方式中，所述模板剂、碳源、氮源、镍源的质量比可以为10～40:1～6:5～20:1；在一些优选的实施方式中，该质量比可以为10～30:1～3:8～15:1；在一些更优选的实施方式中，该质量比可以为15～25:1～3:8～12:1。

19.在一些最优选的实施方式中，所述步骤s1可以为：将氯化钠、谷氨酸、尿素以及六水硝酸镍按照20:2:10:1的质量比进行混合并研磨得到混合固体。

20.在根据本发明的一些实施方式中，所述步骤s1中，所述研磨的时间可以为4～10h，使原料颗粒大小较为一致且混合均匀；在一些优选的实施方式中，所述研磨的时间可以为5～7h。所述研磨可以使用本领域常见的研磨装置，例如球磨机。

21.在根据本发明的一些实施方式中，所述步骤s2中，所述惰性气氛可以选自氮气、氩气或氦气的气氛。

22.在根据本发明的一些实施方式中，所述步骤s2中，所述煅烧的温度可以进一步为650～750℃。

23.在根据本发明的一些实施方式中，所述步骤s2中，所述煅烧的时间可以为4～10h；在一些优选的实施方式中，所述煅烧的时间可以为5～7h。

24.在根据本发明的一些实施方式中，所述步骤s3中，所述酸性溶液可以选自硝酸溶液、盐酸溶液、硫酸溶液中的一种或多种；在一些优选的实施方式中，所述酸性溶液可以选自盐酸溶液，其中的盐酸浓度可以为0.5～2mol/l，更优选为0.9～1.5mol/l。

25.在根据本发明的一些实施方式中，所述步骤s3中，所述洗涤的时间可以为5～12h；在一些优选的实施方式中，所述洗涤的时间可以为7～9h。

26.在根据本发明的一些实施方式中，所述步骤s3中，所述干燥的温度可以为50～90℃；在一些优选的实施方式中，所述干燥的温度可以为70～85℃。

27.在根据本发明的一些实施方式中，所述步骤s3中，所述干燥的时间可以为10～20h；在一些优选的实施方式中，所述干燥的时间可以为14～16h。

28.在根据本发明的一些实施方式中，所述步骤s4中，所述还原气氛可以为含有氢气的惰性气氛，其中的惰性气氛可以选自氮气、氩气或氦气的气氛；在一些优选的实施方式中，所述还原气氛可以为氢气与氦气的混合气氛，优选其中氢气的体积百分比可以为2～

6％，例如为5％。

29.在根据本发明的一些实施方式中，所述步骤s4中，所述煅烧的温度可以进一步为800～1000℃。

30.在根据本发明的一些实施方式中，所述步骤s4中，所述煅烧的时间可以为2～9h；在一些优选的实施方式中，所述煅烧的时间可以为5～7h。

31.本发明还提供了由上述技术方案任一项所述的制备方法制得的镍负载的多孔碳材料催化剂。

32.在根据本发明的一些实施方式中，所述镍负载的多孔碳材料催化剂呈粉末状，其中，镍元素的含量约为5～10wt％，氮元素的含量约为3～6wt％。

33.在根据本发明的一些实施方式中，所述镍负载的多孔碳材料催化剂的比表面积可以为300～700m3/g；在一些优选的实施方式中，所述催化剂的比表面积可以为500～700m3/g；在一些更优选的实施方式中，所述催化剂的比表面积可以为600～700m3/g。

34.本发明还提供了上述技术方案任一项所述的镍负载的多孔碳材料催化剂在催化制备2-氰基-4’?甲基联苯中的用途。

35.本发明还提供了一种2-氰基-4’?甲基联苯的制备方法，以邻氯苯腈和对氯甲苯为原料，在上述技术方案任一项所述的镍负载的多孔碳材料催化剂的存在下进行反应，由此制得2-氰基-4’?甲基联苯。

36.在根据本发明的一些实施方式中，所述制备方法可以包括以下过程：将催化剂、邻氯苯腈加入至溶剂体系中，冷却至-10～0℃(例如，冷却至-5℃)，向其中滴加对氯甲苯(例如，滴加0.5～2h)，滴加完毕后在-5～0℃下进行反应。

37.在一些优选的实施方式中，所述催化剂的用量按质量可以为原料邻氯苯晴的5～10％。

38.在一些优选的实施方式中，所述邻氯苯晴与对氯甲苯的摩尔比可以为1:1.1～1.3。

39.所述溶剂体系可以为常见的用于制备2-氰基-4’?甲基联苯的溶剂体系；在一些优选的实施方式中，所述溶剂体系可以为四氢呋喃和甲苯的混合物(二者的体积比可以为0.8～1.2:1.2～0.8)，其用量可以为原料邻氯苯晴的5～10倍(体积/质量比)。

40.本发明还提供了上述技术方案任一项所述的制备方法制得的2-氰基-4’?甲基联苯在制备沙坦类药物的中间体5-[4’?(溴甲基)联苯-2-基]-1-三苯甲基-四唑中的用途。

[0041]

以2-氰基-4’?甲基联苯作为起始原料制备5-[4’?(溴甲基)联苯-2-基]-1-三苯甲基-四唑的反应路线如下：

[0042][0043]

2-氰基-4’?甲基联苯(mb)首先与叠氮化钠反应得到5-(4’?甲基联苯-2-基)-1h-四唑(mba)，再经三苯氯甲烷取代后得到2-n-(三苯基甲基)-5-(4’?甲基联苯-2-基)-四唑(mbb)，最后经溴化得到5-[4’?(溴甲基)联苯-2-基]-1-三苯甲基-四唑(mbb-br)。

[0044]

中间体mbb-br可用于合成沙坦类药物，如缬沙坦和奥美沙坦酯等。合成路线可概述如下：

[0045]

l-缬氨酸甲酯与mbb-br经n-烷基化后得((2’?(1-三苯甲基-1h-四唑-5-基)-[1,1’?联苯]-4-基)甲基)-l-缬氨酸甲酯；此中间体与戊酰氯反应得n-戊酰基-n-((2’?(1-三苯甲基-1h-四唑-5-基)-[1,1’?联苯]-4-基)甲基)-l-缬氨酸甲酯；去保护得n-((2’?(1h-四唑-5-基)-[1,1’?联苯]-4-基)甲基)-n-戊酰基-l-缬氨酸甲酯；最后水解得缬沙坦。

[0046]

mbb-br与4-(2-羟基丙-2-基)-2-丙基-1h-咪唑-5-羧酸乙酯偶联得乙基-4-(2-羟基丙-2-基)-2-丙基-1-((2

’?

(1-三苯甲基-1h-四唑-5-基)-[1,1

’?

联苯]-4-基)甲基)-1h-咪唑-5-羧酸酯；水解后与4-(溴甲基)-5-甲基-1,3-二氧杂环戊烯-2-酮反应得三苯甲基奥美沙坦酯；最后去保护得奥美沙坦酯。

[0047]

沙坦类药物为血管紧张素受体拮抗剂类的降压药物，主要通过抑制ras系统的兴奋性扩张血管，达到降低血压效果。此类药物既可以长效平稳降压，还具有降低尿蛋白、延缓肾脏损害、改善心肌功能等作用，是目前临床上安全性最高、副作用最少的高血压、心血管疾病治疗药物。尤其适用于高血压合并有糖尿病、冠心病、心功能衰竭、蛋白尿的患者。

[0048]

本发明提供的镍负载的多孔碳材料催化剂的制备方法工艺简便，条件温和，无需昂贵的试剂或原料，通过该制备方法能够得到比表面积大、活性位点数量多且分散性好、催化活性优异的多孔碳材料催化剂，可以作为非均相催化剂用于催化多种类型的化学反应，尤其是用于催化2-氰基-4

’?

甲基联苯的合成，催化活性高且方便回收再利用，多次循环使用仍能够保持较高的催化活性，提高了催化剂的使用寿命和利用效率，减少了废催化剂的排放量，环境友好。

[0049]

本发明提供的2-氰基-4

’?

甲基联苯的制备方法利用了本发明提供的非均相催化剂，目标产品的收率得到了明显提高，催化剂和反应溶剂均能够得到回收和再利用，而且反

应条件温和、易控，因此能够大幅降低生产成本、提高生产效率，适宜于工业化生产，具有重要的经济和社会价值，因而非常具有应用前景。

具体实施方式

[0050]

以下结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细说明。

[0051]

本发明的实施例和对比例中所使用的原料或试剂如无特别说明均为市售产品。

[0052]

本发明的实施例和对比例中所使用的百分数如无特别说明均为质量百分数。

[0053]

实施例1

[0054]

1.催化剂的制备

[0055]

1)取氯化钠20g、谷氨酸2g、尿素10g和六水硝酸镍1g，加入球磨机中进行研磨6h，得到均匀的混合固体。

[0056]

2)将步骤1)得到的混合固体放入管式炉中，在氮气气体中于700℃下煅烧6h，得到煅烧样品。

[0057]

3)将步骤2)得到的煅烧样品在1mol/l盐酸中洗涤8h，随后在80℃下干燥15h得到催化剂前体。

[0058]

4)将步骤3)得到的催化剂前体在5体积％的h2/ar混合气下于900℃下煅烧6h，得到催化剂，命名为ni@pnc-1，其比表面积如表1所示。

[0059]

2.2-氰基-4

’?

甲基联苯的制备

[0060]

氮气保护下，在装有回流冷凝管、恒压滴液漏斗的三口烧瓶中加入上述所得的4g ni@pnc-1、50g(0.36mol)邻氯苯腈、200ml四氢呋喃和200ml甲苯，冷却至-5℃，滴加60.35g(0.4mol)对氯甲苯，1h内滴完，并在-5～0℃下反应2.5h，常压回收四氢呋喃，过滤回收催化剂。降温至0℃，滴加3mol/l的盐酸调ph值至2左右，饱和食盐水洗涤，无水硫酸镁干燥，除去甲苯，得到产物60.4g，收率为86.3％。

[0061]

实施例2

[0062]

1.催化剂的制备

[0063]

1)取氯化钠30g、谷氨酸2g、尿素10g和六水硝酸镍1g，加入球磨机中进行研磨6h，得到均匀的混合固体。

[0064]

2)将步骤1)得到的混合固体放入管式炉中，在氮气气体中于700℃下煅烧6h，得到煅烧样品。

[0065]

3)将步骤2)得到的煅烧样品在1mol/l盐酸中洗涤8h，随后在80℃下干燥15h得到催化剂前体。

[0066]

4)将步骤3)得到的催化剂前体在5体积％的h2/ar混合气下于900℃下煅烧6h，得到催化剂，命名为ni@pnc-2，其比表面积如表1所示。

[0067]

2.2-氰基-4

’?

甲基联苯的制备

[0068]

除使用ni@pnc-2替换ni@pnc-1作为催化剂之外，其余步骤与实施例1相同，得到产物42.4g，收率为60.6％。

[0069]

实施例3

[0070]

1.催化剂的制备

[0071]

1)取氯化钠10g、谷氨酸2g、尿素10g和六水硝酸镍1g，加入球磨机中进行研磨6h，

得到均匀的混合固体。

[0072]

2)将步骤1)得到的混合固体放入管式炉中，在氮气气体中于700℃下煅烧6h，得到煅烧样品。

[0073]

3)将步骤2)得到的煅烧样品在1mol/l盐酸中洗涤8h，随后在80℃下干燥15h得到催化剂前体。

[0074]

4)将步骤3)得到的催化剂前体在5体积％的h2/ar混合气下于900℃下煅烧6h，得到催化剂，命名为ni@pnc-3，其比表面积如表1所示。

[0075]

2.2-氰基-4

’?

甲基联苯的制备

[0076]

除使用ni@pnc-3替换ni@pnc-1作为催化剂之外，其余步骤与实施例1相同，得到产物48.8g，收率为69.7％。

[0077]

实施例4

[0078]

1.催化剂的制备

[0079]

1)取氯化钠20g、谷氨酸2g、尿素15g和六水硝酸镍1g，加入球磨机中进行研磨6h，得到均匀的混合固体。

[0080]

2)将步骤1)得到的混合固体放入管式炉中，在氮气气体中于700℃下煅烧6h，得到煅烧样品。

[0081]

3)将步骤2)得到的煅烧样品在1mol/l盐酸中洗涤8h，随后在80℃下干燥15h得到催化剂前体。

[0082]

4)将步骤3)得到的催化剂前体在5体积％的h2/ar混合气下于900℃煅烧6h，得到催化剂，命名为ni@pnc-4，其比表面积如表1所示。

[0083]

2.2-氰基-4

’?

甲基联苯的制备

[0084]

除使用ni@pnc-4替换ni@pnc-1作为催化剂之外，其余步骤与实施例1相同，得到产物53.7g，收率为76.7％。

[0085]

实施例5

[0086]

1.催化剂的制备

[0087]

1)取氯化钠20g、谷氨酸2g、尿素5g和六水硝酸镍1g，加入球磨机中进行研磨6h，得到均匀的混合固体。

[0088]

2)将步骤1)得到的混合固体放入管式炉中，在氮气气体中于700℃下煅烧6h，得到煅烧样品。

[0089]

3)将步骤2)得到的煅烧样品在1mol/l盐酸中洗涤8h，随后在80℃下干燥15h得到催化剂前体。

[0090]

4)将步骤3)得到的催化剂前体在5体积％的h2/ar混合气下于900℃下煅烧6h，得到催化剂，命名为ni@pnc-5，其比表面积如表1所示。

[0091]

2.2-氰基-4

’?

甲基联苯的制备

[0092]

除使用ni@pnc-5替换ni@pnc-1作为催化剂之外，其余步骤与实施例1相同，得到产物41.5g，收率为59.3％。

[0093]

对比例1

[0094]

1.催化剂的制备

[0095]

1)取氯化钠20g、谷氨酸2g、尿素10g和六水硝酸镍1g，加入球磨机中进行研磨6h，

得到均匀的混合固体。

[0096]

2)将步骤1)得到的混合固体放入管式炉中，在氮气气体中于700℃下煅烧6h，得到煅烧样品。

[0097]

3)将步骤2)得到的煅烧样品在5体积％的h2/ar混合气下于900℃下煅烧6h，得到催化剂，命名为ni@pnc-6，其比表面积如表1所示。

[0098]

2.2-氰基-4

’?

甲基联苯的制备

[0099]

除使用ni@pnc-6替换ni@pnc-1作为催化剂之外，其余步骤与实施例1相同，得到产物36.1g，收率为51.6％。

[0100]

表1各催化剂的比表面积

[0101]

样品比表面积(m3/g)ni@pnc-1684.5ni@pnc-2428.6ni@pnc-3512.5ni@pnc-4583.2ni@pnc-5321.4ni@pnc-6485.1

[0102]

通过实施例1-3可以看出，不同比例的模板剂(氯化钠)会造成催化剂性能的不同，例如比表面积。由于比表面积的影响，会导致催化剂活性位点的差异，从而影响催化活性。

[0103]

通过实施例1、4、5可以看出，氮源(尿素)含量的不同也会造成比表面积的不同，从而影响催化剂活性，因为氮源的过量容易造成更大的孔洞，而量小则容易使孔洞减少。

[0104]

对比例1则表明了酸处理对于催化剂活性的影响，这是由于酸处理可以除去残留的镍和未反应的原料，因而增加了活性位点，提高了催化活性。

[0105]

将实施例1使用后的催化剂进行回收再利用。为补充催化剂损失，每次再利用时补加10％的新鲜催化剂，重复利用4次以制备2-氰基-4

’?

甲基联苯，其结果如表2所示。

[0106]

表2实施例1的催化剂的重复利用结果

[0107]

重复利用次数目标产物重量(g)目标产物收率(％)160.185.9259.785.3360.386.1459.384.7

[0108]

通过表2结果可以看出，本发明提供的催化剂为非均相催化剂，方便回收再利用，循环使用四次后仍能够保持较高的催化活性，目标产物的收率均保持在较高的水平。

[0109]

除非特别限定，本发明所用术语均为本领域技术人员通常理解的含义。

[0110]

本发明所描述的实施方式仅出于示例性目的，并非用以限制本发明的保护范围，本领域技术人员可在本发明的范围内作出各种其他替换、改变和改进，因而，本发明不限于上述实施方式，而仅由权利要求限定。技术特征：

1.一种镍负载的多孔碳材料催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：s1：将模板剂、碳源、氮源以及镍源混合并研磨均匀得到混合固体；s2：将步骤s1所得的混合固体在惰性气氛中于500～900℃下煅烧得到煅烧样品；s3：将步骤s2所得的煅烧样品在酸性溶液中洗涤并干燥得到催化剂前体；以及s4：将步骤s3所得的催化剂前体在还原气氛中于500～1100℃下煅烧得到所述镍负载的多孔碳材料催化剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中，所述模板剂选自氯化钠；和/或所述碳源选自一种或多种的氨基酸，优选选自谷氨酸；和/或所述氮源选自尿素、双氰胺、三聚氰胺中的一种或多种；和/或所述镍源选自六水硝酸镍、氯化镍、乙酸镍、乙酰丙酮镍、碳酸镍、硫酸镍中的一种或多种；优选地，所述模板剂、碳源、氮源、镍源的质量比为10～40:1～6:5～20:1，优选为10～30:1～3:8～15:1，更优选为15～25:1～3:8～12:1。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中，所述研磨的时间为4～10h，优选为5～7h。4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，所述惰性气氛选自氮气、氩气或氦气的气氛；和/或所述煅烧的温度为650～750℃；和/或所述煅烧的时间为4～10h，优选为5～7h。5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s3中，所述酸性溶液选自硝酸溶液、盐酸溶液、硫酸溶液中的一种或多种，优选选自盐酸溶液，其中的盐酸浓度为0.5～2mol/l，优选为0.9～1.5mol/l；和/或优选地，所述洗涤的时间为5～12h，优选为7～9h；和/或所述干燥的温度为50～90℃，优选为70～85℃，所述干燥的时间为10～20h，优选为14～16h。6.根据权利要求1-5任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s4中，所述还原气氛为含有氢气的惰性气氛，优选为氢气与氦气的混合气氛，更优选其中氢气的体积百分比为2～6％；和/或所述煅烧的温度为800～1000℃；和/或所述煅烧的时间为2～9h，优选为5～7h。7.权利要求1-6任一项所述的制备方法制得的镍负载的多孔碳材料催化剂；优选地，所述镍负载的多孔碳材料催化剂的比表面积为300～700m3/g，更优选为500～700m3/g。8.权利要求7所述的镍负载的多孔碳材料催化剂在催化制备2-氰基-4

’?

甲基联苯中的用途。9.一种2-氰基-4

’?

甲基联苯的制备方法，其特征在于，以邻氯苯腈和对氯甲苯为原料，在权利要求7所述的镍负载的多孔碳材料催化剂的存在下进行反应，由此制得2-氰基-4

’?

甲基联苯。10.权利要求9所述的制备方法制得的2-氰基-4

’?

甲基联苯在制备沙坦类药物的中间

体5-[4

’?

(溴甲基)联苯-2-基]-1-三苯甲基-四唑(mbb-br)中的用途；优选地，所述沙坦类药物为缬沙坦或奥美沙坦酯。

技术总结

本发明提供了一种镍负载的多孔碳材料催化剂的制备方法以及由此所得的催化剂和其用途。本发明还提供了一种2-氰基-4

技术研发人员：朱国荣 屠勇军 李嵘嵘 陈先朗

受保护的技术使用者：临海天宇药业有限公司 昌邑天宇药业有限公司

技术研发日：2022.04.25

技术公布日：2022/7/12