孕烯醇酮醋酸酯合成用催化剂及其制备方法和应用与流程

1.本发明属于有机合成技术领域，具体涉及孕烯醇酮醋酸酯合成用催化剂及其制备方法和应用。


背景技术：

2.孕烯醇酮醋酸酯又名3β-羟基孕甾-5-烯-20-酮-3-醋酸酯，是甾体类药物黄体酮合成最关键的中间体，黄体酮是一种内源性类固醇和孕激素性激素，由女性的卵巢分泌，黄体酮含有21个碳原子的类固醇激素，是合成一切类固醇激素的中间产物，属于孕激素之一。
3.工业上制备孕烯醇酮醋酸酯通常是通过中间体醋酸双烯醇酮酯(又名3β-羟基孕甾-5,16-二烯-20-酮-3-醋酸酯)合成制备孕烯醇酮醋酸酯(又名3β-羟基孕甾-5-烯-20-酮-3-醋酸酯)，在一定条件下使醋酸双烯醇酮酯结构中16位上的烯键(c＝c)发生加氢反应转化为孕烯醇酮醋酸酯，属于甾体类双键加氢反应，然而由于醋酸双烯醇酮酯氢化难度较大，使得当前制备合成孕烯醇酮醋酸酯存在收率和选择性不高的缺陷。
4.此外，在有机氢化反应中，存在一种或多种副反应，往往需要平衡选择性、活性及催化剂稳定性之间的关系，选择适宜的高效催化剂尤为重要。钯炭催化剂是一种将贵金属钯负载到载体活性炭上制备而成的催化材料，具有投料量小、活性高、性能稳定、绿色环保且易于回收等特点，在医药工业、石油化工、染料香料工业、电子工业和其他精细化工反应过程中被广泛应用。作为负载型催化剂，钯炭催化剂较为常用的制备方法有：浸渍法、水解浸渍法、离子交换法和浸渍沉淀法等。有机氢化反应原料和反应过程复杂，钯炭催化剂种类繁多，很难实现一种或多种催化剂的通用，具有专一性的大部分催化剂往往难以满足上述反应对稳定的反应活性、高选择性以及兼顾的稳定性的要求。因此，设计制备一种具有兼顾高活性、选择性和稳定性的催化剂用于合成孕烯醇酮醋酸酯显得尤为重要。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供孕烯醇酮醋酸酯合成用催化剂及其制备方法和应用。本发明通过将过硫酸铵处理后活性炭经镁盐改性，得到改性后活性炭，以所述改性后活性炭为载体负载pd，得到孕烯醇酮醋酸酯合成用催化剂，在该催化剂作用下的醋酸双烯醇酮酯合成孕烯醇酮醋酸酯反应中，收率超过75.0％，具有高的反应性和活性。
6.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种孕烯醇酮醋酸酯合成用催化剂的制备方法，其特征在于，包括：将过硫酸铵处理后活性炭经镁盐改性，得到改性后活性炭，以所述改性后活性炭为载体负载pd，得到孕烯醇酮醋酸酯合成用催化剂。
7.上述的孕烯醇酮醋酸酯合成用催化剂的制备方法，其特征在于，具体包括：
8.步骤一、将活性炭于硝酸溶液中蒸煮，过滤，水洗，得到酸处理后活性炭；
9.步骤二、60℃～80℃温度条件下，将步骤一所述酸处理后活性炭于过硫酸铵溶液中搅拌2h～4h，过滤，水洗，得到过硫酸铵处理后活性炭；
10.步骤三、常温条件下，将步骤二所述过硫酸铵处理后活性炭置于镁盐溶液中搅拌1h～2h，过滤，得到改性后活性炭；
11.步骤四、将步骤三所述改性后活性炭置于硝酸钯溶液中，搅拌30min～60min，搅拌过程控制体系ph为7～9，过滤，洗涤，得到催化剂前驱体；
12.步骤五、还原步骤四所述催化剂前驱体，得到孕烯醇酮醋酸酯合成用催化剂。
13.上述的一种孕烯醇酮醋酸酯合成用催化剂的制备方法，其特征在于，步骤一所述硝酸溶液的质量为活性炭质量的8倍～10倍，所述硝酸溶液的质量百分浓度为3％～5％；步骤一所述活性炭的比表面积为700m2/g～1000m2/g；步骤一所述蒸煮的温度为80℃～100℃，蒸煮的时间为1h～2h；步骤一所述水洗为水洗至ph为6～8。
14.上述的一种孕烯醇酮醋酸酯合成用催化剂的制备方法，其特征在于，步骤二所述过硫酸铵溶液的质量为步骤一所述活性炭质量的8倍～10倍，所述过硫酸铵溶液的质量百分浓度为2％～5％；步骤二所述水洗为水洗至ph为6。
15.上述的一种孕烯醇酮醋酸酯合成用催化剂的制备方法，其特征在于，步骤三所述镁盐溶液的质量为步骤一所述活性炭质量的5倍～8倍，所述镁盐溶液中镁盐的质量百分浓度为1％～2％，所述镁盐为硝酸镁或氯化镁。
16.上述的一种孕烯醇酮醋酸酯合成用催化剂的制备方法，其特征在于，步骤四所述硝酸钯溶液中钯离子浓度为0.1g/ml～0.5g/ml。
17.上述的一种孕烯醇酮醋酸酯合成用催化剂的制备方法，其特征在于，步骤五所述还原为用还原剂溶液进行还原，还原温度为90℃～100℃，还原时间为1h～2h，所述还原剂溶液的质量百分含量为10％～20％，所述还原剂溶液为硼氢化钠溶液或水合肼溶液。
18.此外，本发明还提供一种根据上述孕烯醇酮醋酸酯合成用催化剂的制备方法制备得到的孕烯醇酮醋酸酯合成用催化剂。
19.更进一步的，本发明还提供一种采用上述孕烯醇酮醋酸酯合成用催化剂催化合成孕烯醇酮醋酸酯的方法，其特征在于，包括：40℃
±
5℃温度条件下，将原料、溶剂和所述催化剂混合反应，得到孕烯醇酮醋酸酯；所述原料为醋酸双烯醇酮酯。
20.上述的方法，其特征在于，混合反应中的氢化压力为0.2mpa，所述催化剂的质量为醋酸双烯醇酮酯质量的0.04倍，所述催化剂中pd的质量百分含量为5％，所述溶剂为无水乙醇。
21.本发明孕烯醇酮醋酸酯合成反应方程式示意如下：
[0022][0023]
本发明与现有技术相比具有以下优点：
[0024]
1、本发明通过将过硫酸铵处理后活性炭经镁盐改性，得到改性后活性炭，以所述改性后活性炭为载体负载pd，得到孕烯醇酮醋酸酯合成用催化剂，在该催化剂作用下的醋
酸双烯醇酮酯合成孕烯醇酮醋酸酯反应中，收率超过75.0％，具有高的反应性和活性。
[0025]
2、优选的，本发明制备上述孕烯醇酮醋酸酯合成用催化剂的方法中，包括将活性炭依次通过硝酸溶液处理、过硫酸铵处理和镁盐溶液处理得到改性后活性炭，该改性后活性炭载体具有表面活性位点更为丰富的特点，利于在催化反应中进行碱性基团锚定，具有高的载体稳定性。
[0026]
3、优选的，本发明制备上述孕烯醇酮醋酸酯合成用催化剂的方法中包括用镁盐溶液对活性炭进行改性，改性后活性炭表面含氧羧基和镁正离子结合，可有效促进后续与pd结合，提高催化反应过程中电子转移速度，促进反应物和产物分子的吸附和解吸，此外，镁离子与pd离子双金属的合金效应可有效促进pd离子在载体外表面的吸附，提高催化反应中催化剂的反应活性。
[0027]
4、本发明孕烯醇酮醋酸酯合成用催化剂的制备方法简单，易于操作，成本低廉。
[0028]
下面结合实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
具体实施方式
[0029]
实施例1
[0030]
本实施例提供一种孕烯醇酮醋酸酯合成用催化剂的制备方法，包括：
[0031]
步骤一、将100g活性炭于1000g硝酸溶液中蒸煮，过滤，水洗，得到酸处理后活性炭；所述硝酸溶液的质量百分浓度为3％；所述蒸煮的温度为80℃，蒸煮的时间为1h；所述水洗为水洗至ph为6；所述活性炭的比表面积为700m2/g～800m2/g；
[0032]
步骤二、60℃温度条件下，将步骤一所述酸处理后活性炭于1000g过硫酸铵溶液中搅拌2h，过滤，水洗，得到过硫酸铵处理后活性炭；所述过硫酸铵溶液的质量百分浓度为2％；所述水洗为水洗至ph为6；
[0033]
步骤三、常温条件下，将步骤二所述过硫酸铵处理后活性炭置于500g镁盐溶液中搅拌1h，过滤，得到改性后活性炭；所述镁盐溶液为氯化镁溶液，所述镁盐溶液中氯化镁的质量百分浓度为1％；所述常温为20℃～25℃；
[0034]
步骤四、按照pd/c催化剂中预设钯含量，将步骤三所述改性后活性炭置于硝酸钯溶液中，搅拌30min，搅拌过程控制体系ph为7，过滤，洗涤，得到催化剂前驱体；所述硝酸钯溶液中钯离子浓度为0.1g/ml；控制体系ph为用氨水溶液进行控制；所述预设钯含量的催化剂可以为5％pd/c；
[0035]
步骤五、还原步骤四所述催化剂前驱体，得到孕烯醇酮醋酸酯合成用催化剂；所述还原为用还原剂溶液进行还原，所述还原剂溶液为硼氢化钠溶液，还原温度为90℃，还原时间为1h；所述还原剂溶液的体积为pd质量的50倍，所述还原剂溶液的质量百分含量为20％。
[0036]
对比例1
[0037]
按照pd/c催化剂中预设钯含量，将硝酸钯溶液和活性炭搅拌混合，稳定1h，陈化12h，通入氢气还原1h，洗涤，过滤，得到pd/c催化剂，所述预设钯含量的催化剂可以为5％pd/c。
[0038]
实施例2
[0039]
本实施例提供一种孕烯醇酮醋酸酯合成用催化剂的制备方法，包括：
[0040]
步骤一、将100g活性炭于1000g硝酸溶液中蒸煮，过滤，水洗，得到酸处理后活性
炭；所述硝酸溶液的质量百分浓度为5％；所述蒸煮的温度为100℃，蒸煮的时间为2h；所述水洗为水洗至ph为6；所述活性炭的比表面积为800m2/g～900m2/g；
[0041]
步骤二、80℃温度条件下，将步骤一所述酸处理后活性炭于1000g过硫酸铵溶液中搅拌4h，过滤，水洗，得到过硫酸铵处理后活性炭；所述过硫酸铵溶液的质量百分浓度为5％；所述水洗为水洗至ph为6；
[0042]
步骤三、常温条件下，将步骤二所述过硫酸铵处理后活性炭置于500g镁盐溶液中搅拌2h，过滤，得到改性后活性炭；所述镁盐溶液为氯化镁溶液，所述镁盐溶液中氯化镁的质量百分浓度为2％；所述常温为20℃～25℃；
[0043]
步骤四、按照pd/c催化剂中预设钯含量，将步骤三所述改性后活性炭置于硝酸钯溶液中，搅拌60min，搅拌过程控制体系ph为8，过滤，洗涤，得到催化剂前驱体；所述硝酸钯溶液中钯离子浓度为0.5g/ml；控制体系ph为用氨水溶液进行控制；所述预设钯含量的催化剂可以为5％pd/c；
[0044]
步骤五、还原步骤四所述催化剂前驱体，得到孕烯醇酮醋酸酯合成用催化剂；所述还原为用还原剂溶液进行还原，所述还原剂溶液为硼氢化钠溶液，还原温度为100℃，还原时间为2h；所述还原剂溶液的体积为pd质量的50倍，所述还原剂溶液的质量百分含量为10％。
[0045]
实施例3
[0046]
本实施例提供一种孕烯醇酮醋酸酯合成用催化剂的制备方法，包括：
[0047]
步骤一、将100g活性炭于1000g硝酸溶液中蒸煮，过滤，水洗，得到酸处理后活性炭；所述硝酸溶液的质量百分浓度为4％；所述蒸煮的温度为100℃，蒸煮的时间为1.5h；所述水洗为水洗至ph为6；所述活性炭的比表面积为800m2/g～900m2/g；
[0048]
步骤二、80℃温度条件下，将步骤一所述酸处理后活性炭于1000g过硫酸铵溶液中搅拌4h，过滤，水洗，得到过硫酸铵处理后活性炭；所述过硫酸铵溶液的质量百分浓度为4％；所述水洗为水洗至ph为6；
[0049]
步骤三、常温条件下，将步骤二所述过硫酸铵处理后活性炭置于800g镁盐溶液中搅拌2h，过滤，得到改性后活性炭；所述镁盐溶液为氯化镁溶液，所述镁盐溶液中氯化镁的质量百分浓度为2％；所述常温为20℃～25℃；
[0050]
步骤四、按照pd/c催化剂中预设钯含量，将步骤三所述改性后活性炭置于硝酸钯溶液中，搅拌60min，搅拌过程控制体系ph为9，过滤，洗涤，得到催化剂前驱体；所述硝酸钯溶液中钯离子浓度为0.2g/ml；控制体系ph为用氨水溶液进行控制；所述预设钯含量的催化剂可以为5％pd/c；
[0051]
步骤五、还原步骤四所述催化剂前驱体，得到孕烯醇酮醋酸酯合成用催化剂；所述还原为用还原剂溶液进行还原，所述还原剂溶液为硼氢化钠溶液，还原温度为100℃，还原时间为2h；所述还原剂溶液的体积为pd质量的50倍，所述还原剂溶液的质量百分含量为15％。
[0052]
实施例4
[0053]
本实施例提供一种孕烯醇酮醋酸酯合成用催化剂的制备方法，包括：
[0054]
步骤一、将100g活性炭于800g硝酸溶液中蒸煮，过滤，水洗，得到酸处理后活性炭；所述硝酸溶液的质量百分浓度为5％；所述蒸煮的温度为90℃，蒸煮的时间为2h；所述水洗
为水洗至ph为7；所述活性炭的比表面积为900m2/g～1000m2/g；
[0055]
步骤二、70℃温度条件下，将步骤一所述酸处理后活性炭于800g过硫酸铵溶液中搅拌3h，过滤，水洗，得到过硫酸铵处理后活性炭；所述过硫酸铵溶液的质量百分浓度为4％；所述水洗为水洗至ph为6；
[0056]
步骤三、常温条件下，将步骤二所述过硫酸铵处理后活性炭置于600g镁盐溶液中搅拌1.5h，过滤，得到改性后活性炭；所述镁盐溶液为硝酸镁溶液，所述镁盐溶液中氯化镁的质量百分浓度为1.5％；所述常温为20℃～25℃；
[0057]
步骤四、按照pd/c催化剂中预设钯含量，将步骤三所述改性后活性炭置于硝酸钯溶液中，搅拌40min，搅拌过程控制体系ph为7，过滤，洗涤，得到催化剂前驱体；所述硝酸钯溶液中钯离子浓度为0.1g/ml；控制体系ph为用氨水溶液进行控制；所述预设钯含量的催化剂可以为5％pd/c；
[0058]
步骤五、还原步骤四所述催化剂前驱体，得到孕烯醇酮醋酸酯合成用催化剂；所述还原为用还原剂溶液进行还原，所述还原剂溶液为水合肼溶液，还原温度为95℃，还原时间为1.5h；所述还原剂溶液的体积为pd质量的50倍，所述还原剂溶液的质量百分含量为20％。
[0059]
实施例5
[0060]
本实施例提供一种孕烯醇酮醋酸酯合成用催化剂的制备方法，包括：
[0061]
步骤一、将100g活性炭于900g硝酸溶液中蒸煮，过滤，水洗，得到酸处理后活性炭；所述硝酸溶液的质量百分浓度为3％；所述蒸煮的温度为100℃，蒸煮的时间为1h；所述水洗为水洗至ph为8；所述活性炭的比表面积为800m2/g～900m2/g；
[0062]
步骤二、75℃温度条件下，将步骤一所述酸处理后活性炭于900g过硫酸铵溶液中搅拌3h，过滤，水洗，得到过硫酸铵处理后活性炭；所述过硫酸铵溶液的质量百分浓度为2％；所述水洗为水洗至ph为6；
[0063]
步骤三、常温条件下，将步骤二所述过硫酸铵处理后活性炭置于500g镁盐溶液中搅拌2h，过滤，得到改性后活性炭；所述镁盐溶液为硝酸镁溶液，所述镁盐溶液中氯化镁的质量百分浓度为1.5％；所述常温为20℃～25℃；
[0064]
步骤四、按照pd/c催化剂中预设钯含量，将步骤三所述改性后活性炭置于硝酸钯溶液中，搅拌40min，搅拌过程控制体系ph为7，过滤，洗涤，得到催化剂前驱体；所述硝酸钯溶液中钯离子浓度为0.5g/ml；控制体系ph为用氨水溶液进行控制；所述预设钯含量的催化剂可以为5％pd/c；
[0065]
步骤五、还原步骤四所述催化剂前驱体，得到孕烯醇酮醋酸酯合成用催化剂；所述还原为用还原剂溶液进行还原，所述还原剂溶液为水合肼溶液，还原温度为90℃，还原时间为2h；所述还原剂溶液的体积为pd质量的50倍，所述还原剂溶液的质量百分含量为10％。
[0066]
应用例1
[0067]
本应用例提供一种利用实施例1～5和对比例1的催化剂合成孕烯醇酮醋酸酯的方法，包括：
[0068]
在温度为40℃
±
5℃，氢气压力为0.2mpa条件下，将10g醋酸双烯醇酮酯、100g无水乙醇、0.4g所述催化剂混合反应2h，得到孕烯醇酮醋酸酯；所述催化剂中pd的质量百分含量为5％。取样进色谱分析反应后体系中产物的纯度，分离反应器中物料，计算粗品收率，结果见表1。
[0069]
表1孕烯醇酮醋酸酯催化剂反应结果
[0070][0071]
根据表1可见，采用本发明方法制备的合成孕烯醇酮醋酸酯催化剂催化合成孕烯醇酮醋酸酯过程中，产物纯度和粗品收率明显高于传统催化剂(对比例1)，产物纯度最高可达99.9％，粗品收率高于75.8％。
[0072]
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。