锐钛矿TiO2可见光催化选择有氧氧化巯基化合物到二硫化物

许辉 石继龙 吕少帅 郎贤军

引用本文: 许辉,  石继龙,  吕少帅,  郎贤军. 锐钛矿TiO2可见光催化选择有氧氧化巯基化合物到二硫化物[J]. 催化学报, 2020, 41(10): 1468-1473. doi: 10.1016/S1872-2067(20)63640-3 shu
Citation:  Hui Xu,  Ji-Long Shi,  Shaoshuai Lyu,  Xianjun Lang. Visible-light photocatalytic selective aerobic oxidation of thiols to disulfides on anatase TiO2[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2020, 41(10): 1468-1473. doi: 10.1016/S1872-2067(20)63640-3 shu

锐钛矿TiO2可见光催化选择有氧氧化巯基化合物到二硫化物

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(21773173,21503086);中央高校基本科研业务费专项资金(2042018kf0212);高等学校学科创新引智计划(B12015);武汉大学引进人才启动基金.

摘要: 二硫化物独特的化学性质使其在生物分子结构改性、药物传输、工业原材料生产中有重要的应用,因而它的合成和研究一直备受关注.在报道的众多合成方法中,最主流的仍然是硫酚的氧化合成.鉴于传统的合成条件严苛、不利于环境保护,以O2/空气为氧化剂的光催化实现二硫化物的合成已经成为热点研究.在已报道的光催化剂中,TiO2因为具有化学性质稳定、高效廉价、易回收等优点,在非均相光催化体系中倍受关注.但其缺陷是只能在紫外光区响应激发,这在很大程度上限制了它的应用.本文通过底物巯基化合物与TiO2表面络合的方式吸收可见光,使其光响应拓展到可见光区.
本文以O2为氧化剂,巯基化合物与锐钛矿TiO2络合,可见光高效催化选择氧化生成二硫化物.同时优化了反应条件,如不同波长LED光源、不同类型TiO2及TiO2用量,确定硫酚(0.6mmol)、O2(0.1MPa)、绿光LED(520nm)、CH3CN(1mL)、锐钛矿TiO2(30mg,ST-01)为反应最优条件.通过紫外-可见光吸收光谱、透射电镜、比表面积、核磁和高分辨质谱等方法对光催化剂和产物进行表征.结果表明,该反应体系对硫酚(包括杂环、多环硫酚)具有普适性,反应效率高,产率> 90%.其中含吸电子基团的底物比含供电子基团的底物更利于反应进行;同时官能团空间效应对反应速率有一定影响.反应对各类官能团具有很好的兼容性.对于硫醇类底物,需要有机碱三乙胺(TEA)参与才能完成转化.另外,当反应有TEA参与时,可在很短的时间内(< 5min)生成不对称的二硫化物,且产率极高(> 92%).当底物与二氧化钛的表面络合物吸收可见光后,激发产生的电子通过底物的S原子直接注入到TiO2的导带,得到含硫自由基和超氧自由基两个活性体.含硫自由基与底物分子作用形成对称的二硫化物,进而在TEA协助下生成不对称二硫化物,而超氧自由基则最终转化成H2O2.整个过程中TiO2的作用至关重要,包括:与巯基化合物络合,完成电子传输,促进超氧自由基形成等.该反应体系简单高效,具有很高的原子经济性,符合绿色化学理念.

English

    1. [1] A. M. Sauer, A. Schlossbauer, N. Ruthardt, V. Cauda, T. Bein, C. Brauchle, Nano Lett., 2010, 10, 3684-3691.

    2. [2] J. P. Lai, B. P. Shah, E. Garfunkel, K. B. Lee, ACS Nano, 2013, 7, 2741-2750.

    3. [3] Z. Luo, K. Y. Cai, Y. Hu, J. H. Li, X. W. Ding, B. L. Zhang, D. W. Xu, W. H. Yang, P. Liu, Adv. Mater., 2012, 24, 431-435.

    4. [4] Y. J. Wang, D. Liu, Q. C. Zheng, Q. Zhao, H. J. Zhang, Y. Ma, J. K. Fallon, Q. Fu, M. T. Haynes, G. M. Lin, R. Zhang, D. Wang, X. G. Yang, L. X. Zhao, Z. G. He, F. Liu, Nano Lett., 2014, 14, 5577-5583.

    5. [5] P. Akkapeddi, S. A. Azizi, A. M. Freedy, P. M. S. D. Cal, P. M. P. Gois, G. J. L. Bernardes, Chem. Sci., 2016, 7, 2954-2963.

    6. [6] J. A. Yoon, J. Kamada, K. Koynov, J. Mohin, R. Nicolay, Y. Z. Zhang, A. C. Balazs, T. Kowalewski, K. Matyjaszewski, Macromolecules, 2012, 45, 142-149.

    7. [7] J. Canadell, H. Goossens, B. Klumperman, Macromolecules, 2011, 44, 2536-2541.

    8. [8] M. Kirihara, Y. Asai, S. Ogawa, T. Noguchi, A. Hatano, Y. Hirai, Synthesis, 2007, 3286-3289.

    9. [9] M. H. Ali, M. McDermott, Tetrahedron Lett., 2002, 43, 6271-6273.

    10. [10] J. B. Arterburn, M. C. Perry, S. L. Nelson, B. R. Dible, M. S. Holguin, J. Am. Chem. Soc., 1997, 119, 9309-9310.

    11. [11] G. Laudadio, N. J. W. Straathof, M. D. Lanting, B. Knoops, V. Hessel, T. Noel, Green Chem., 2017, 19, 4061-4066.

    12. [12] Saima, A. G. Lavekar, R. Kumar, A. K. Sinha, J. Mol. Catal. B, 2015, 116, 113-123.

    13. [13] G. Palmisano, E. García-López, G. Marcì, V. Loddo, S. Yurdakal, V. Augugliaro, L. Palmisano, Chem. Commun., 2010, 46, 7074-7089.

    14. [14] F. Parrino, M. Bellardita, E. I. García-López, G. Marcì, V. Loddo, L. Palmisano, ACS Catal., 2018, 8, 11191-11225.

    15. [15] A. M. Toma, C. I. Rat, O. D. Pavel, C. Hardacre, T. Ruffer, H. Lang, M. Mehring, A. Silvestru, V. I. Parvulescu, Catal. Sci. Technol., 2017, 7, 5343-5353.

    16. [16] A. Corma, T. Rodenas, M. J. Sabater, Chem. Sci., 2012, 3, 398-404.

    17. [17] J. A. Fernandez-Salas, S. Manzini, S. P. Nolan, Chem. Commun., 2013, 49, 5829-5831.

    18. [18] A. Dhakshinamoorthy, A. Primo, I. Esteve-Adell, M. Alvaro, H. Garcia, ChemCatChem, 2015, 7, 776-780.

    19. [19] Y. Y. Liu, H. Wang, C. P. Wang, J. P. Wan, C. P. Wen, RSC Adv., 2013, 3, 21369-21372.

    20. [20] S. L. Yi, M. C. Li, X. Q. Hu, W. M. Mo, Z. L. Shen, Chin. Chem. Lett., 2016, 27, 1505-1508.

    21. [21] M. Carril, R. SanMartin, E. Dominguez, I. Tellitu, Green Chem., 2007, 9, 315-317.

    22. [22] T. P. Yoon, M. A. Ischay, J. Du, Nat. Chem., 2010, 2, 527-532.

    23. [23] J. M. R. Narayanam, C. R. J. Stephenson, Chem. Soc. Rev., 2011, 40, 102-113.

    24. [24] A. Talla, B. Driessen, N. J. W. Straathof, L. G. Milroy, L. Brunsveld, V. Hessel, T. Noel, Adv. Synth. Catal., 2015, 357, 2180-2186.

    25. [25] D. Chauhan, P. Kumar, C. Joshi, N. Labhsetwar, S. K. Ganguly, S. L. Jain, New J. Chem., 2015, 39, 6193-6200.

    26. [26] D. Friedmann, A. Hakki, H. Kim, W. Choic, D. Bahnemannd, Green Chem., 2016, 18, 5391-5411.

    27. [27] X. Li, J. G. Yu, M. Jaroniec, Chem. Soc. Rev., 2016, 45, 2603-2636.

    28. [28] L. Z. Xu, X. Y. Deng, Z. H. Li, Appl. Catal. B, 2018, 234, 50-55.

    29. [29] W. B. Wu, Y. C. Wong, Z. K. Tan, J. Wu, Catal. Sci. Technol., 2018, 8, 4257-4263.

    30. [30] H. M. Liu, H. B. Zhang, L. Shi, X. Hai, J. H. Ye, Appl. Catal. A, 2016, 521, 149-153.

    31. [31] H. M. Liu, T. Wang, H. B. Zhang, G. G. Liu, P. Li, L. Q. Liu, D. Hao, J. Ren, K. Chang, X. G. Meng, H. M. Wang, J. H. Ye, J. Mater. Chem. A., 2016, 4, 1941-1946.

    32. [32] H. M. Hao, Z. Wang, J. L. Shi, X. Li, X. J. Lang, ChemCatChem, 2018, 10, 4545-4554.

    33. [33] H. M. Hao, X. J. Lang, ChemCatChem, 2019, 11, 1378-1393.

    34. [34] K. Z. Qi, B. Cheng, J. G. Yu, W. K. Ho, Chin. J. Catal., 2017, 38, 1936-1955.

    35. [35] X. J. Lang, X. D. Chen, J. C. Zhao, Chem. Soc. Rev., 2014, 43, 473-486.

    36. [36] M. C. Fu, R. Shang, B. Zhao, B. Wang, Y. Fu, Science, 2019, 363, 1429-1434.

    37. [37] X. J. Lang, W. H. Ma, Y. B. Zhao, C. C. Chen, H. W. Ji, J. C. Zhao, Chem. Eur. J., 2012, 18, 2624-2631.

    38. [38] X. J. Lang, W. Hao, W. R. Leow, S. Z. Li, J. C. Zhao, X. D. Chen, Chem. Sci., 2015, 6, 5000-5005.

    39. [39] C. Bottecchia, N. Erdmann, P. M. A. Tijssen, L. G. Milroy, L. Brunsveld, V. Hessel, T. Noël, ChemSusChem, 2016, 9, 1781-1785.

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  4
  • 文章访问数:  1321
  • HTML全文浏览量:  211
文章相关
  • 收稿日期:  2020-02-23
  • 修回日期:  2020-03-26
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章