[发明专利]一种杂原子掺杂的水溶性碳量子点在有机光氧化反应上的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种可用作光化学反应催化剂的杂原子掺杂的水溶性碳量子点作为单线态氧源，在单线态氧参与的有机氧化反应中的应用，特别是涉及一种杂原子掺杂的水溶性碳量子点在有机光氧化反应上的应用。

背景技术

单线态氧可以通过化学方法在暗反应中产生[Rosenthal I.In:Frimer A A.Singlet Oxygen.Boca Raton:CRC,1985,Vol.I,13-38.]，最经典的是用过氧化氢与化学计量的次氯酸钠反应，可以产生近于定量的单线态氧[J.Am.Chem.Soc.,1978,100:5732-5740.]，也可以用其他氯正离子源（如N-氯代丁二酰亚胺）代替次氯酸钠。一个较新的从过氧化氢产生单线态氧的方法是用钼酸盐，钙(II),钨(IV)，和镧盐(III)催化两分子过氧化氢歧化为单线态氧和水，其中已经应用较广的是钼酸盐-过氧化氢体系。钼酸盐在碱性水溶液中催化过氧化氢经歧化分解，以定量产率产生单线态氧，反应在室温进行。该体系的优点是，反应对钼酸盐而言是催化性的，后者不需要以化学计量使用。缺点是需要在碱性水溶液中进行。虽然可以在甲醇，DMF等能溶解过氧化氢和钼酸盐的有机溶剂中进行，但是产生单线态氧的速度和产量比水中为低。另一个缺点是反应中产生的过氧钼酸中间体可导致烯烃等受体的环氧化，也会与烯丙醇等反应物发生副反应[Tetrahedron Lett.,2002,43:8731-8734]。由臭氧与亚磷酸酯反应生成的亚磷酸酯臭氧化物在有机溶剂中的分解[J.Am.Chem.Soc.,1973,95:3074-3076;J.Org.Chem.,1980,45:4269-4271.]，以及臭氧与醛、硅烷等有机化合物反应而生成的氢三氧化物的分解等也可以用来产生单线态氧。

然而，以上这些产生单线态氧的热化学方法在应用时有一些缺点。主要是由于它们都需要用到强氧化剂，如次氯酸钠，过氧化氢，臭氧化物等。它们能引起其他的副反应。而研究发展只产生单线态氧而不产生其他干扰氧化剂的方法在有机合成，药物合成等领域有这广泛的应用前景。目前较好地从暗反应产生单线态氧的内过氧化物是1,4-二甲基萘的内过氧化物[J.Org.Chem.,2005,70:105-109.]，它可经0～5℃时染料敏化的1,4-二甲基萘的光氧化反应制备，可在-80℃下保存数月之久。在室温或者轻微加热时，释放出一定数量的单线态氧而无其他的活性氧的混杂。另外一个常用的单线态氧暗源是9,10-二苯基蒽的内过氧化物[J.Am.Chem.Soc.,1981,103:7218-7224.]，但是它的热解需要较高的温度，一般是在苯，氯苯等溶剂中加热后，释放出一定量的单重态氧，但是产率比1,4-二甲基萘内过氧化物的要低。目前发展的产生单线态氧的方法在实际的化学反应中仍然存在诸多缺陷，很难成功地在有机合成、药物合成中得到应用。

碳元素是地球上所有已知生命的基础。由于其具有多样的电子轨道特性(sp¹、sp²、sp³)，因此形成许多结构和性质奇特的物质。碳量子点是碳纳米材料家族中的新成员,具有发光可调、荧光量子效率高、抗光漂白性能好、生物相容性好、无毒性、易于功能化、能够高产率制备等特性，有望在光电子器件、纳米催化剂、生物分析、荧光成像和光热治疗癌症等技术领域显示其广阔的应用前景[Angew.Chem.Int.Ed,2010,49,6726-6244;Chem.Comm.2012,48.3686-3705；]。目前,水溶性碳量子点用作光化学反应催化剂的研究尚属起步阶段,因此，探索开发基于杂原子掺杂的水溶性碳量子点的宏量制备用作光化学反应催化剂对有机合成和药物合成两个重大问题都具有及其重要的意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种杂原子掺杂的水溶性碳量子点在单线态氧催化的有机氧化反应中的应用。

优选地，包括如下步骤：将浓度为5～1000mg/mL的杂原子掺杂的水溶性碳量子点溶液2mL和有机反应液按照体积比1:10～50混合均匀，搅拌1～5小时，用氙灯光照，波长为400～800nm，能量为300～1500mW/cm²。

优选地，在氙灯光的照射下产生单线态氧参与有机光氧化反应，所述有机光氧化反应为碳量子点参与的烯烃的ene反应，碳量子点参与的烯烃[2+2]反应，碳量子点参与的烯烃[4+2]反应，单线态氧与硫醚的反应，单线态氧与膦的反应，单线态氧与胺的反应，单线态氧与杂环化合物的反应，所述杂环化合物选自噻吩、吡啶、吡咯、呋喃或咪唑。