TiO2光子晶体微反应器中苄胺的N-乙酰化反应文献综述

光催化苄胺N-烷基化反应的研究进展

摘要：在有机合成领域中，光催化法是清洁、安全、能量消耗少的催化方法. TiO₂反蛋白石光子晶体兼具了TiO₂光催化剂和光子晶体的优点，例如无毒、光催化活性高、慢光子, 光子带隙可调等特性,并且拥有高的比表面积。对于N-烷基胺这一关键中间体的合成方法，常见的是在常规批量反应器或微流控芯片中以纳米TiO₂为催化剂，以胺与醇为原料进行光催化N-烷基化反应。本文就TiO₂反蛋白石光子晶体催化剂的制备、光催化有机反应类型及苄胺N-烷基化反应的影响因素进行综述。

关键词：N-烷基化反应; TiO₂反蛋白石光子晶体; 苄胺;

1 前言

催化方法主要有酶催化法^[1]、酸碱催化法^[2,3]、电催化法^[4]、炭基催化法^[5]、光催化法^[6]等等，相比较于其他催化方法，光催化法是最理想的绿色方法。光催化法是一种将光能转化为化学能的催化方法，是解决当前能源问题和清洁问题的一个有效方法^[7]。该方法具有良好的选择性、较高的反应产率的优点，且反应条件温和、操作便利、污染少^[8,9]。二十世纪七十年代，日本科学家^[10]Fujishima和Hond发现在TiO₂电极上可光解出O₂和H₂，自此掀起了光催化领域的研究浪潮。虽然TiO₂是光催化剂中的研究热点，但是目前它还存在着一些缺陷，例如光生电子复合率高、拉曼增强因子低、无法吸收可见光^[11] 等。

19世纪80年代，Yablonovitch^[12]和John^[13]几乎同时提出了光子晶体的概念。光子晶体是由两种以上具有不同折射率的材料在空间按照一定的周期顺序排列所形成的的有序结构材料^[14]。光子晶体具有有序周期性结构，能与相应波长的光相互作用，从而拥有独特的物理性质，例如光子带隙、光子局域、慢光效应、负折射效应及超棱镜效应^[15,16]。最近几年，蛋白石结构与反蛋白石结构两种光子晶体是关注重点^[16]。反蛋白石光子晶体就是在蛋白石晶体空隙中填充介质，然后通过焙烧、溶解等方法除去蛋白石晶体后所形成的多孔结构^[17]。

相较于蛋白石光子晶体，反蛋白石光子晶体不仅具有有序周期性结构，而且具有较高的比表面积^[16]。因此，有科研人员将TiO₂与反蛋白石光子晶体结合制成TiO₂反蛋白石光子晶体。TiO₂反蛋白石光子晶体不仅保留了TiO₂性质稳定、无毒、光催化活性高的优点，还具有孔结构尺寸可调、比表面积较大、制备材料选择广泛的优势以及光子晶体的光学特性^[11]。如图1所示，是反蛋白石晶体的内部结构。

图1 反蛋白石晶体的结构

TiO₂反蛋白石光子晶体应用广泛，主要领域有化学传感器、表面拉曼增强散射(SERS)检测、光子器件^[11]、光催化降解、光催化有机合成^[6]等等。在有机合成领域中，光催化法是清洁、安全、能量消耗少的催化方法，激发光能量较高，不仅可以激发分子，还可以弥补吉布斯自由能的增量。光催化有机合成的类型有氧化还原反应、加成反应、聚合反应、烷基化反应^[6,7]等等。烷基化反应中有一种是胺的烷基化反应。