本发明属于有机合成，具体涉及一种铁铜复合金属氧化物作为催化剂催化腈水合制备酰胺的应用。
背景技术：
0、技术背景
1、酰胺基团是多肽、酶和蛋白质的基本结构单元，化学式为co-nh2,酰胺及其衍生物在包括医药、农业和化学工业在内的各个领域发挥着重要作用(参见《science》,2022年，第10卷，第26期，8433-8442)。丙烯酰胺是聚丙烯酰胺的单体，广泛用于水处理及各种工业过程(参见《nat.commun.》，2022年，第13卷，第1期,4362)。肉桂酰胺在治疗肿瘤和心血管疾病等一系列疾病方面具有显著的药理潜力(参见《green chem.》，2019年，第21卷，第21期，5803-5807)。烟酰胺一种重要的b族维生素，吡嗪酰胺是一种抗结核药物(参见《int.j.biol.macromol.》，2024年，第254卷，127800)。此外，各种噻吩和呋喃酰胺衍生物的抗肿瘤性能也有报道(参见《chem.bio.drug des.》，2015年，第86卷，第4期，918-925)。鉴于酰胺类化合物的广泛应用和固有价值，开发一种简单、高效、普遍适用的合成方法具有重要意义。
2、在各种合成酰胺的方法中，腈水合被认为是原子效率最高的方法之一(参见《acssustainable chem.eng.》，2023年，第11卷，第23期，8404-8405)。新型腈水化催化剂的设计引起了相当大的关注，目前已报道的优秀催化剂主要为均相或非均相的贵金属催化剂，如钯(参见《acs catal.》，2021年，第11卷，第14期，8716-8726)，钌(参见《angew.chem.int.ed.》，2004年，第43卷，第12期，1576-1580)，铂(参见《j.am.chem.soc.》，2018年，第140卷，第50期，17782-17789)等。然而，贵金属催化剂的高昂的成本限制了其工业应用。因此，迫切需要开发绿色环保、非贵金属的腈水合催化体系。
技术实现思路
1、我们通过简单的低温熔盐工艺，研制出无晶态fe0.8cu0.2ox-400，作为一种高效的绿色非均相催化剂，用于腈水合生成酰胺，不需要添加任何添加剂，在温和的条件下以水为溶剂成功合成了包括芳香族、脂肪族和杂原子芳香族多种酰胺。由于大多数酰胺不溶于冷水，反应后产物会结晶析出，大大简化了纯化过程，降低了成本。所述方法简单、成本低、安全性高，且合成率较高，具有一定的工业应用潜力。
2、第一方面，本发明提供了一种铁铜复合金属氧化物作为催化剂催化腈水合制备酰胺的应用。所述催化剂的制备方法为：将一定配比的铁硝酸盐、铜硝酸盐、氢氧化钠和氯化钠加入研钵中混合均匀并研磨，研磨1h后得到金属盐熔融物。去离子水洗涤三次，60℃真空干燥，200-400℃煅烧得到所需催化剂。催化剂的x射线衍射图如图1所示。
3、优选地，所述铁铜复合金属氧化物制备方法中铁硝酸盐、铜硝酸盐用量摩尔比为9：1-5：5。
4、第二方面，本发明提供了一种非晶态铁铜复合金属氧化物作为催化剂催化腈水合制备酰胺的应用。所述方法为：以下式(ⅰ)所示的腈为原料，以水、有机溶剂、混合溶剂(水和有机溶剂按一定比例混合)为反应溶剂，以非晶态铁铜复合金属氧化物为催化剂，催化水合反应合成下式(ⅱ)所示的酰胺，所述有机溶剂包括甲醇、异丙醇、叔丁醇、四氢呋喃中的任一种或几种的组合。
5、
6、其中，r分别选自苯腈、邻位苯甲基、间位苯甲基、对位苯甲基、邻位苯甲氧基、间位苯甲氧基、对位苯甲氧基、邻位苯氯基、间位苯氯基、对位苯氯基、邻位苯硝基、间位苯硝基、对位苯硝基、邻位苯醛基、间位苯醛基、对位苯醛基、对位苯氰基、苯乙烯基、吡啶基、吡嗪基、乙烯基、邻位噻吩基、邻位呋喃基中的任一种。
7、优选地，所述底物包括：苯甲腈、4-氯苯甲腈、2-吡啶甲腈、烟腈、吡嗪腈、丙烯腈。
8、优选的，所述催化剂为非晶态铁铜复合金属氧化物催化剂。
9、优选的，所述催化剂为fe0.7cu0.3ox-300。
10、优选地，所述催化剂与腈的用量比为5-50g：1mol。
11、优选地，所述催化剂的质量与腈的用量比为20g：1mol。
12、优选地，所述反应溶剂与腈的质量比为3-8：1。
13、优选地，所述反应溶剂与腈的质量比为6：1。
14、优选地，所述反应溶剂为水。
15、优选地，所述方法包括：将腈、非晶态铁铜复合金属氧化物，加入含有溶剂的反应器中，80-140℃反应2-6h，趁热过滤、降温结晶得到酰胺。
16、优选地，所述反应温度为80-140℃。
17、优选地，所述反应温度为130℃。
18、优选地，所述反应时间为0.5-6h。
19、优选地，所述反应时间为4h。
20、与现有技术相比，本发明所述的催化腈水合制备酰胺的方法具有以下优势：
21、(1)本发明创新的使用非晶态的铁铜复合金属氧化物作为催化剂，在温和的反应条件下，对芳香腈、脂肪腈和杂原子芳香腈均表现出优异的水合性能。与传统的贵金属催化剂相比，催化剂成本大幅降低，具有大规模工业应用的潜力。
22、(2)本发明使用水作为溶剂，与传统的有机溶剂相比绿色环保无污染，且酰胺的制备和分离一步完成，简化了纯化过程。
23、(3)反应体系不需要酸碱添加剂，绿色环保，降低了工业应用成本。
24、(3)本发明使用的腈是工业中常用的基础原料，廉价易得。
1.非晶态铁铜复合金属氧化物作为催化剂，催化腈水合制备酰胺的应用。
2.如权利要求1所述催化剂，其特征在于，所述非晶态铁铜复合金属氧化物通过简单的熔盐法制备：将一定配比的铁硝酸盐、铜硝酸盐、氢氧化钠和氯化钠加入研钵中混合均匀并研磨，得到金属盐熔融物，经洗涤，干燥，煅烧得到催化剂。
3.如权利要求2所述的催化剂，其特征在于，所述催化剂中；铁硝酸盐、铜硝酸盐用量摩尔比为9：1-5：5；干燥温度为60℃；煅烧温度为200-400℃。
4.如权利要求1所述的应用，非晶态铁铜复合金属氧化物作为催化剂催化腈水合制备酰胺，其特征在于，所述方法为：以下式(ⅰ)所示的腈为原料，以水、有机溶剂、混合溶剂(水和有机溶剂按一定比例混合)为反应溶剂，以非晶态铁铜复合金属氧化物为催化剂，催化水合反应合成下式(ⅱ)所示的酰胺，所述有机溶剂包括甲醇、异丙醇、叔丁醇、四氢呋喃中的任一种或几种的组合。
5.如权利要求1和4所述反应工艺，其特征在于，所述溶剂为水。
6.如权利要求1和4所述反应工艺，其特征在于，所述催化剂与腈的用量比为5-50g：1mol；所述反应溶剂与腈的质量比为3-8：1。
7.如权利要求1和4所述的应用，其特征在于，r分别选自苯基、对位苯甲基、4-氯苯甲基、2-吡啶基、3-吡啶基、3-吡嗪基、乙烯基。
8.如权利要求1和4所述的反应工艺，其特征在于，所述方法为：将腈、非晶态铁铜复合金属氧化物以及水加入到反应容器中，80-140℃反应0.5-6h，趁热过滤、冷却结晶、过滤得到酰胺。
9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述非晶态铁铜复合金属氧化物中铁和铜原子比7：3；煅烧温度为300℃；所述催化剂的质量与腈的用量比为20g：1mol；所述反应溶剂与腈的质量比为6：1；反应温度130℃，反应时间4h。
