[发明专利]氮杂环卡宾金属化合物催化的一级醇偶联制备烷烃的方法

说明书

本发明属于过渡金属催化和生物质醇的偶联反应技术领域，具体为一种氮杂环卡宾金属化合物催化的一级醇自偶联以及交叉偶联一步制备烷烃的方法。本发明首先提供用于一级醇偶联制备烷烃的催化剂‑均相氮杂环卡宾金属化合物。本发明以一级醇为反应原料，以碱金属的叔丁醇盐、氢氧化物等其他强碱为碱，以氮杂环卡宾金属化合物为催化剂，以三级醇、苯的类似物或长链烷烃为溶剂，在80至200℃下反应4至24小时，得到对应的烷烃产物。与现有技术相比，本发明方法能够以廉价易得的生物质醇为起始原料，避免使用有毒且稳定性较差的含膦配体，反应选择性和产率均能达到定量，操作简便，仅需简单的后处理可得到高纯度的不同烷烃产物，适合工业放大和应用。

技术领域

本发明属于过渡金属催化和生物质醇的偶联反应领域，具体涉及一种氮杂环卡宾金属化合物催化的一级醇偶联制备烷烃的方法。

背景技术

伴随着科学技术的飞速进步，人们对于化石燃料的需求与日俱增，而煤、石油和天然气作为传统的不可再生化石燃料能源已然日益枯竭，能源短缺逐渐成为了全球化问题。在各类新型燃料的开发和研究中，含8个碳左右的直链烷烃及部分芳香烃作为一类高辛烷值的燃料，引起了科学家们的兴趣。而醇作为一种自然界中生物质内广泛存在的化合物，以醇类为起始原料，通过催转化得到直链烷烃产物，实现原料的升值成为了研究的热点。

通过以醇为起始原料，进行脱氢、脱氧、偶联等多步转化，直接合成烷烃的过程，通常只有水和氢气等作为副产物，对环境影响小，原子经济性高，符合绿色化学和可持续发展理念，而且通过对反应条件的调控和催化剂的设计、修饰，反应的选择性易于控制，能够避免副反应的发生。目前已有利用市售五甲基环戊二烯氯化铱实现苯乙醇到1,3-二苯丙烷的转化，产率80％，但该方法局限于两分子相同的芳基乙醇中，对于不同伯醇间交叉偶联到烷烃的转化无法实现，且整体转化效率一般，普适性较差。也可首先使用Mn催化剂完成芳基乙醇偶联到烯烃的转化，随后加入Ni和氢气进一步实现到烷烃的转化。

本发明利用稳定、高活性的氮杂环卡宾金属化合物为催化剂，以一级醇为起始底物，实现了一级醇自偶联和交叉偶联一步直接制备烷烃的高效、高选择性转化方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效的生物质醇高选择性转化的氮杂环卡宾金属化合物催化的一级醇自偶联以及交叉偶联一步制备烷烃的方法。

本发明首先提供用于催化一级醇制备烷烃的氮杂环卡宾金属化合物催化剂。

本发明提供的氮杂环卡宾金属化合物催化的一级醇(自偶联以及交叉偶联)制备烷烃的方法：以一级醇作为原料，以氮杂环卡宾金属化合物为催化剂，以碱金属的叔丁醇盐、氢氧化物等其他强碱作为碱，以三级醇、苯的类似物或长链烷烃作为溶剂，在80至200℃下密闭反应4至24小时，高效制备烷烃产物，其化学反应过程如下：

其中，Ar选自：邻间对位取代的或未取代的C₆-C₁₈芳基、邻间对位取代的或未取代的C₄-C₁₆杂芳基，R选自邻间对位取代的或未取代的C₆-C₁₈芳基、邻间对位取代的或未取代的C₄-C₁₆杂芳基、C₄-C₁₆直链烷基、N取代胺基、芳基烷基；

其中，所述的“取代的”是指基团中一个或多个氢原子被选自下组的取代基所取代：卤素、C₁-C₄烷基、C₁-C₄卤代烷基、C₁-C₆烷氧基、N取代胺基。

本发明所述氮杂环卡宾金属化合物作为催化剂，其结构式为：

M(NHC)_n(L)_4-nX