本发明涉及医药中间体的技术领域，特别涉及一种纳米微球-金属复合催化剂及其制备方法和一种5-羟基-1-四氢萘酮的制备方法。
背景技术
5-羟基-1-四氢萘酮是一种重要的医药中间体，广泛应用于盐酸左布诺洛尔等医药的合成中。现有制备方法中通过对原料1,2,3,4-四氢-1-萘酮的氧化可制得羟基-1-四氢萘酮，但是反应都需要在过氧化物存在下进行；还可以通过5-羟甲基-1-四氢萘酮水解得到5-羟基-1-四氢萘酮，但反应原料5-羟甲基-1-四氢萘酮本身不容易合成。
通过对1,5-二萘酚的还原制备5-羟基-1-四氢萘酮的方法较为普遍，其中，有1篇俄文文献[russianjournaloforganicchemistry2000,36,1474]和1篇俄文专利分别报道了路易斯酸还原[russian专利2356883，2009]，但是反应过程需要用到大量的三氯化铝和三溴化铝，而且论文和专利中都没有提及使用何种还原剂。通过金属钯或镍催化氢化还原，反应可行而且过程比较绿色，但是，由于原料1，5-二萘酚和产物5-羟基-1-四氢萘酮在催化氢化条件下都容易发生过度还原反应，所以反应过程选择性较差，收率都不超过60％。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明目的在于提供一种催化活性好、选择性高的纳米微球-金属复合催化剂，使用该催化剂可以高效催化1，5-二萘酚氢化的氢化还原，提高5-羟基-1-四氢萘酮的收率。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
一种纳米微球-金属复合催化剂，包括sio2纳米微球和负载在sio2纳米微球表面的pd金属颗粒。
优选的，所述sio2纳米微球的粒径为30～300nm。
优选的，所述pd金属颗粒在sio2纳米微球表面的负载量为3～10wt％。
本发明提供了上述方案所述纳米微球-金属复合催化剂的制备方法，包括以下步骤：
将sio2纳米微球在钯盐溶液中浸泡，得到浸泡有sio2纳米微球的钯盐溶液；
将浸泡有sio2纳米微球的钯盐溶液加热至干，得到sio2纳米微球-钯盐复合物；
将所述sio2纳米微球-钯盐复合物进行氢气还原，得到纳米微球-金属复合催化剂。
优选的，所述氢气还原的温度为300～400℃；所述氢气还原的时间为3～5h。
本发明提供了上述方案所述纳米微球-金属复合催化剂或上述方案所述制备方法制备的纳米微球-金属复合催化剂在催化氢化反应中的应用。
本发明提供了一种利用上述方案所述纳米微球-金属复合催化剂或上述方案所述制备方法制备的纳米微球-金属复合催化剂制备5-羟基-1-四氢萘酮的方法，包括以下步骤：
将1,5-二羟基萘、无机钠化合物、纳米微球-金属复合催化剂和溶剂混合后通入氢气进行氢化反应，得到5-羟基-1-四氢萘酮。
优选的，所述纳米微球-金属复合催化剂的质量为1,5-二羟基萘质量的1～10％。
优选的，所述无机钠化合物包括氢氧化钠、氯化钠、碳酸钠、硫酸钠、硫酸氢钠、碳酸氢钠和甲醇钠中的一种或几种的混合物；
所述无机钠化合物的质量为1,5-二羟基萘质量的0.05～10％。
优选的，所述氢化反应的压力为3～40kg；
所述氢化反应的温度为60～170℃；
所述氢化反应的时间为1.5～15h。
本发明提供了一种纳米微球-金属复合催化剂，包括sio2纳米微球和负载在sio2纳米微球表面的pd金属颗粒。本发明提供的纳米微球-金属复合催化剂以sio2纳米微球为载体，sio2纳米微球具有形貌规整有序、比表面积大的特点，因而本发明提供的催化剂具有较高的催化活性和选择性；本发明提供的催化剂能够高效催化氢化反应，且容易再生，可以有效降低原料和能源的损耗。
本发明提供了一种利用纳米微球-金属复合催化剂制备5-羟基-1-四氢萘酮的方法，包括以下步骤：将1,5-二羟基萘、无机钠化合物、纳米微球-金属复合催化剂和溶剂混合后通入氢气进行氢化反应，得到5-羟基-1-四氢萘酮。本发明利用纳米微球-金属复合催化剂催化1,5-二羟基萘的氢化反应，反应选择性高，5-羟基-1-四氢萘酮的收率高。实施例结果表明，本发明提供的制备方法制备的5-羟基-1-四氢萘酮纯度大于99％，收率高达84.2％。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的200纳米sio2微球的tem图；
图2为本发明实施例2制备的5％pd/sio2200纳米微球催化剂的tem图。
具体实施方式
本发明提供了一种纳米微球-金属复合催化剂，包括sio2纳米微球和负载在sio2纳米微球表面的pd金属颗粒。
在本发明中，所述sio2纳米微球的粒径优选为30～300nm，更优选为50～250nm，最优选为100～200nm；所述sio2纳米微球的比表面积优选为20～150m2/g，更优选为50～80m2/g；所述pd金属颗粒的粒径优选为10～100nm，更优选为20～50nm；所述pd金属颗粒在sio2纳米微球表面的负载量优选为3～10wt％，更优选为5～8wt％。本发明提供的催化剂以sio2纳米微球为载体，具有比表面大和形貌规整有序的特点，因而本发明提供的催化剂具有较高的催化活性和选择性。
本发明提供了上述方案所述纳米微球-金属复合催化剂的制备方法，包括以下步骤：
将sio2纳米微球在钯盐溶液中浸泡，得到浸泡有sio2纳米微球的钯盐溶液；
将浸泡有sio2纳米微球的钯盐溶液加热至干，得到sio2纳米微球-钯盐复合物；
将所述sio2纳米微球-钯盐复合物进行氢气还原，得到纳米微球-金属复合催化剂。
本发明将sio2纳米微球在钯盐溶液中浸泡，得到浸泡有sio2纳米微球的钯盐溶液。本发明对所述sio2纳米微球的来源没有特殊要求，使用本领域技术人员熟知的方法进行制备即可，在本发明的具体实施例中，优选按照ryotawatanabe,toshiyukietal.extensionofsizeofmonodispersesilicananospheresandtheirwell-orderedassembly[j].journalofcolloidandinterfacescience,360(2011):1～7.中公开的技术方案制备。
在本发明中，所述钯盐溶液优选为氯化钯溶液或硝酸钯溶液，更优选为氯化钯溶液；所述钯盐溶液的浓度优选为0.02～0.06mol/l，更优选为0.05mol/l；所述sio2纳米微球和钯盐溶液的质量比优选为1:14～18，更优选为1:16；所述浸泡的时间优选为0.5～1h，更优选为0.6～0.8h；本发明优选在室温下进行浸泡，无需进行额外的加热或降温。
浸泡完成后，本发明将浸泡有sio2纳米微球的钯盐溶液加热至干，得到sio2纳米微球-钯盐复合物。在本发明中，所述加热的温度优选为200～300℃，更优选为250～280℃；本发明对加热至干所需时间没有特殊要求，能将溶液中的溶剂完全通过加热去除即可，在本发明的具体实施例中，所述加热的时间优选为2～3h；本发明优选在搅拌条件下进行加热，所述搅拌的转速优选为200～800rpm，更优选为500rpm。
加热至干后，本发明将所述所述sio2纳米微球-钯盐复合物进行氢气还原，得到纳米微球-金属复合催化剂。在本发明中，所述氢气还原的温度优选为300～400℃，更优选为330～380℃；所述氢气还原的时间优选为3～5h，更优选为4h。本发明通过氢气还原将附着在sio2纳米微球表面的钯离子还原为钯金属颗粒。
本发明提供了上述方案所述纳米微球-金属复合催化剂或上述方案所述制备方法制备的纳米微球-金属复合催化剂在催化氢化反应中的应用。本发明提供的纳米微球-金属复合催化剂催化活性高，具有较高的选择性，可用于高效催化氢化反应。
本发明提供了一种利用上述方案所述纳米微球-金属复合催化剂或上述方案所述制备方法制备的纳米微球-金属复合催化剂制备5-羟基-1-四氢萘酮的方法，包括以下步骤：
将1,5-二羟基萘、无机钠化合物、纳米微球-金属复合催化剂和溶剂混合后通入氢气进行氢化反应，得到5-羟基-1-四氢萘酮。
在本发明中，所述无机钠化合物优选包括氢氧化钠、氯化钠、碳酸钠、硫酸钠、硫酸氢钠、碳酸氢钠和甲醇钠中的一种或几种的混合物；所述无机钠化合物的质量优选为1,5-二羟基萘质量的0.05～10％，更优选为1,5-二羟基萘质量的2～8％。本发明通过加入无机钠化合物进一步提高氢化反应的选择性。
在本发明中，所述溶剂优选为甲醇，乙醇，丙酮，环己烷，乙酸乙酯和四氢呋喃中的一种或几种的混合物，更优选为甲醇、乙醇或丙酮；所述溶剂与1,5-二羟基萘的质量比优选为5～15:1，更优选为8～12:1。
在本发明中，所述纳米微球-金属复合催化剂质量优选为1,5-二羟基萘质量的1～10％，更优选为1,5-二羟基萘质量的3～8％。
在本发明中，所述氢化反应的压力优选为3～40kg，更优选为10～30kg，本发明通过控制氢气的通入量控制反应的压力；所述氢化反应的温度优选为60～170℃，更优选为100～150℃；所述氢化反应的时间优选为1.5～15h，更优选为5～10h。本发明优选在高压反应釜中进行氢化反应，本发明对所述高压反应釜的体积没有特殊要求，在本发明的具体实施例中，优选根据反应原料的用量来确定反应釜的体积。
氢化反应完成后，本发明优选将氢化反应液进行后处理，得到5-羟基-1-四氢萘酮。在本发明中，所述后处理优选包括以下步骤：
将氢化反应液过滤，得到滤液；
将所述滤液蒸馏，得到粗产物；
将所述粗产物重结晶后干燥，得到5-羟基-1-四氢萘酮。
本发明对所述过滤的具体方法没有特殊要求，使用本领域技术人员熟知的过滤方法即可，具体的如抽滤；本发明对所述蒸馏的具体方法没有特殊要求，使用本领域技术人员熟知的蒸馏方法，能将滤液中的溶剂完全去除即可，具体的如旋转蒸发。
在本发明中，所述重结晶用溶剂优选为异丙醇和水的混合溶液，所述混合溶液中异丙醇和水的体积比优选为1～5:1，更优选为3:1；本发明对重结晶的具体方法没有特殊要求，使用本领域技术人员熟知的方法进行重结晶即可。
在本发明中，所述干燥的温度优选为60～130℃，所述干燥的时间优选为80℃，所述干燥优选为真空干燥。
在本发明中，所述纳米微球-金属复合催化剂可通过过滤从反应液中分离出来，分离后的催化剂再生后可重复利用；本发明优选将分离后的催化剂依次进行高温氧化和氢气还原，以完成催化剂的再生；在本发明中，所述高温氧化的温度优选为300～600℃，更优选为450℃，所述高温氧化的时间优选为1～6h，更优选为3h；所述氢气还原的温度优选为50～300℃，更优选为150℃，所述氢气还原的时间优选为1～3h，更优选为2h。
下面结合实施例对本发明提供的纳米微球-金属复合催化剂及其制备方法和应用以及5-羟基-1-四氢萘酮的制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
sio2纳米微球种子的制备：
称取0.1756克精氨酸置于250ml圆底烧瓶中，加入170.05克去离子水，搅拌溶解后加入10.4139克硅酸四乙酯，升温达到70℃，保持转速为460rpm，烧瓶上口加上塞子，70℃油浴下搅拌24小时。反应完后转入1000ml聚四氟乙烯内胆的水热釜中，在100℃烘箱中水热20小时。然后转移至结晶皿中敞口放入烘箱中100℃烘干，烘干后放入马弗炉中600℃焙烧4小时，得到sio2纳米微球种子，产物呈半透明的细丝状。
200纳米sio2微球的制备：
称取41.4克去离子水置于250ml圆底烧瓶中，加入0.1360克种子溶液、133.6克乙醇、0.2613克精氨酸，室温搅拌溶解后加入10.41克硅酸四乙酯，升温达到70℃。保持转速为460rpm，烧瓶上口加上球形冷凝管，70℃油浴下搅拌24小时。反应完后取出烧瓶，转移至结晶皿中敞口放入烘箱中烘干，烘干后放入马弗炉中600℃焙烧4小时，得到200纳米sio2微球。产物呈白色片状。
100纳米sio2微球的制备：
称取41.4克去离子水置于250ml圆底烧瓶中，加入0.5230克种子溶液、133.6克乙醇、0.1742克精氨酸，室温搅拌溶解后加入10.39克硅酸四乙酯，升温达到70℃。保持转速为460rpm，烧瓶上口加上球形冷凝管，70℃油浴下搅拌24小时。反应完后取出烧瓶，转移至结晶皿中敞口放入烘箱中烘干，烘干后放入马弗炉中600℃焙烧4小时，得到100纳米sio2微球。产物呈白色片状。
30纳米sio2微球的制备：
称取49.05克去离子水置于250ml圆底烧瓶中，加入10.30克种子溶液、125.5克乙醇、0.1742克精氨酸，室温搅拌溶解后加入4.69克硅酸四乙酯，升温达到70℃。保持转速为460rpm，烧瓶上口加上球形冷凝管，70℃油浴下搅拌24h。反应完后取出烧瓶，转移至结晶皿中敞口放入烘箱中烘干，烘干后放入马弗炉中600℃焙烧4小时，得到30纳米sio2微球。产物呈白色片状。
300纳米sio2微球的制备：
称取41.4克去离子水置于250ml圆底烧瓶中，加入0.0354克种子溶液、133.6克乙醇、0.2613克精氨酸，室温搅拌溶解后加入10.41克硅酸四乙酯，升温达到70℃。保持转速为460rpm，烧瓶上口加上球形冷凝管，70℃油浴下搅拌24h。反应完后取出烧瓶，转移至结晶皿中敞口放入烘箱中烘干，烘干后放入马弗炉中600℃焙烧4小时，得到300纳米sio2微球。产物呈白色片状。
实施例2
(1)5％pd/sio2200纳米微球催化剂的制备：
称取实施例1制备的200纳米sio2纳米微球2.0克，加入10克含167毫克pdcl2溶液，浸泡0.5h后将混合液加热搅拌至干，将得到的sio2纳米微球-钯盐复合物冷却至常温，最后将干燥的sio2纳米微球-钯盐复合物在350℃条件下通氢气还原4小时，制得pd负载量为5％的纳米微球-金属复合催化剂(5％pd/sio2200纳米微球催化剂)。
使用扫描电镜对200纳米sio2纳米微球进行观察，所得结果如图1所示，根据图1可以看出，所得sio2纳米微球粒径均匀，呈白色片状。
使用扫描电镜对所得5％pd/sio2200纳米微球催化剂进行观察，所得结果如图2所示，根据图2可以看出，sio2纳米微球表面附着有pd金属颗粒。
(2)10％pd/sio2200纳米微球催化剂的制备：
将(1)中pdcl2溶液的质量修改为20g，其他条件和(1)一致，得到制得pd负载量为10％的纳米微球-金属复合催化剂(10％pd/sio2200纳米微球催化剂)。
(3)3％pd/sio2300纳米微球催化剂的制备：
称取实施例1制备的300纳米sio2纳米微球2.0克，加入10克含100.2毫克pdcl2溶液，浸泡1h后将混合液加热搅拌至干，将得到的sio2纳米微球-钯盐复合物冷却至常温，最后将干燥的sio2纳米微球-钯盐复合物在350℃条件下通氢气还原4小时，制得pd负载量为3％的纳米微球-金属复合催化剂(3％pd/sio2300纳米微球催化剂)。
(4)5％pd/sio2100纳米微球催化剂的制备：
将(1)中200纳米sio2纳米微球替换为100纳米sio2纳米微球，其他条件和(1)一致，得到制得pd负载量为5％的纳米微球-金属复合催化剂(5％pd/sio2100纳米微球催化剂)。
(5)10％pd/sio2100纳米微球催化剂的制备：
将(1)中200纳米sio2纳米微球替换为100纳米sio2纳米微球，pdcl2溶液的质量修改为20g，其他条件和(1)一致，得到制得pd负载量为10％的纳米微球-金属复合催化剂(10％pd/sio2100纳米微球催化剂)。
(6)5％pd/sio230纳米微球催化剂的制备：
将(1)中200纳米sio2纳米微球替换为30纳米sio2纳米微球，其他条件和(1)一致，得到制得pd负载量为5％的纳米微球-金属复合催化剂(5％pd/sio230纳米微球催化剂)。
实施例3
在2l的压力反应釜中，加入64克1,5-二羟基萘，960克乙酸乙酯，0.32克碳酸钠和6.4克实施例2中制备的3％pd/sio2300纳米微球催化剂，体系通入氢气，控制反应压力为3kg，反应温度为60℃，反应12小时后停止，趁热抽滤，滤液蒸干后用异丙醇和水重结晶，真空干燥得产物5-羟基-1-四氢萘酮47.4克，液相纯度大于99％，收率75％。
实施例4
在2l的压力反应釜中，加入64克1,5-二羟基萘，320克乙酸乙酯和丙酮，6.4克碳酸钠和0.64克实施例2中制备的10％pd/sio2200纳米微球催化剂，体系通入氢气，控制反应压力为40kg，反应温度为170℃，反应15小时后停止，趁热抽滤，滤液蒸干后用异丙醇和水重结晶，真空干燥得产物5-羟基-1-四氢萘酮48.7克，液相纯度大于99％，收率77.1％。
实施例5
在2l的压力反应釜中，加入64克1,5-二羟基萘，640克甲醇和丙酮，1.2克碳酸氢钠和甲醇钠、6.4克实施例2中制备的10％pd/sio2100纳米微球催化剂，体系通入氢气，控制反应压力为40kg，反应温度为170℃，反应1.5小时后停止，趁热抽滤，滤液蒸干后用异丙醇和水重结晶，真空干燥得产物5-羟基-1-四氢萘酮52.4克，液相纯度大于99％，收率82.9％。
实施例6
在2l的压力反应釜中，加入64克1,5-二羟基萘，640克乙酸乙酯，1.2克碳酸钠、碳酸氢钠和甲醇钠的混合物，1.8克实施例2中制备的5％pd/sio2200纳米微球催化剂，体系通入氢气，控制反应压力为15kg，反应温度为100℃，反应4小时后停止，趁热抽滤，滤液蒸干后用异丙醇和水重结晶，真空干燥得产物5-羟基-1-四氢萘酮53.2克，液相纯度大于99％，收率84.2％。
实施例7
在2l的压力反应釜中，加入64克1,5-二羟基萘，640克乙酸乙酯和乙醇，1.2克氢氧化钠和碳酸氢钠的混合物，1.8克实施例2中制备的5％pd/sio2200纳米微球催化剂体系通入氢气，控制反应压力为15kg，反应温度为100℃，反应4小时后停止，趁热抽滤，滤液蒸干后用异丙醇和水重结晶，真空干燥得产物5-羟基-1-四氢萘酮51.0克，液相纯度大于99％，收率80.7％。
实施例8
在2l的压力反应釜中，加入64克1,5-二羟基萘，640克四氢呋喃和乙醇，1.2克氢氧化钠和碳酸氢钠的混合物，1.8克实施例2中制备的5％pd/sio230纳米微球催化剂，体系通入氢气，控制反应压力为15kg，反应温度为100℃，反应4小时后停止，趁热抽滤，滤液蒸干后用异丙醇和水重结晶，真空干燥得产物5-羟基-1-四氢萘酮50.2克，液相纯度大于99％，收率79.4％。
实施例9
在2l的压力反应釜中，加入64克1,5-二羟基萘，640克四氢呋喃，1.5克氢氧化钠和碳酸氢钠的混合物，2.4克实施例2中制备的5％pd/sio2100纳米微球催化剂，体系通入氢气，控制反应压力为10kg，反应温度为110℃，反应4小时后停止，趁热抽滤，滤液蒸干后用异丙醇和水重结晶，真空干燥得产物5-羟基-1-四氢萘酮49.9克，液相纯度大于99％，收率79.0％。
实施例10
在2l的压力反应釜中，加入64克1,5-二羟基萘，640克四氢呋喃，1.5克硫酸氢钠和碳酸氢钠的混合物，6.4克实施例2中制备的5％pd/sio2200纳米微球催化剂，体系通入氢气，控制反应压力为10kg，反应温度为110℃，反应4小时后停止，趁热抽滤，滤液蒸干后用异丙醇和水重结晶，真空干燥得产物5-羟基-1-四氢萘酮50.2克，液相纯度大于99％，收率79.4％。
实施例11
在2l的压力反应釜中，加入64克1,5-二羟基萘，640克四氢呋喃，1.5克碳酸氢钠和氯化钠的混合物，1.5克实施例2中制备的5％pd/sio230纳米微球催化剂，体系通入氢气，控制反应压力为10kg，反应温度为110℃，反应4小时后停止，趁热抽滤，滤液蒸干后用异丙醇和水重结晶，真空干燥得产物5-羟基-1-四氢萘酮50.0克，液相纯度大于99％，收率79.1％。
实施例12
在2l的压力反应釜中，加入64克1,5-二羟基萘，640克环己烷，1.0克碳酸氢钠和氯化钠的混合物，3.2克实施例2中制备的5％pd/sio2200纳米微球催化剂，体系通入氢气，控制反应压力为15kg，反应温度为120℃，反应4小时后停止，趁热抽滤，滤液蒸干后用异丙醇和水重结晶，真空干燥得产物5-羟基-1-四氢萘酮52.5克，液相纯度大于99％，收率83.1％。
由以上实施例可知，本发明提供的纳米微球-金属复合催化剂催化活性高，选择性高，可以高效催化1,5-二羟基萘的氢化反应，所得5-羟基-1-四氢萘酮纯度高，产率高。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。