[發明專利]一種水相重金屬螯合劑及其制備方法

有效

• 申請號: 201911389510.1
• 申請日: 2019-12-30
• 公開（公告）號: CN111072654B
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 彭雨新
• 申請（專利權）人: 南京艾姆材料科技有限公司
• 主分類號: C07D471/04
• 分類號: C07D471/04;C02F1/62;C02F101/20
• 代理公司: 上海浙晟知識產權代理事務所(普通合伙) 31345
• 代理人: 楊小雙

一種水相重金屬螯合劑，結構式如下：其中R代表?H或?Br，n＝2?16的自然數。該類螯合劑化合物中包含有吡啶氮烷基化的吡啶鹽酸鹽結構，具有良好的水溶性。在水相體系中能與多種重金屬離子(汞、鎘、鉻、鉛、釩、鈷、鋇等)發生絡合作用，形成不溶于水的沉淀，有利于通過簡單的過濾等手段將重金屬回收。該類螯合劑制備工藝簡單，在處理生活廢水以及工業廢水中去除重金屬離子方面具有應用前景。

技術領域

本發明涉及金屬離子螯合劑領域，尤其涉及一種水相重金屬螯合劑。

背景技術

重金屬螯合劑在離子識別、生物成像、污水處理等領域有著重要的應用。重金屬螯合劑通常使用的是有機酸的鹽，例如最常用的EDTA二鈉，無論是廢水處理或是降低水硬度都是主要的螯合劑。但是從溶度積常數的角度考慮，有些重金屬離子并不能有效的和EDTA或其他羧酸根很穩定的結合，例如Hg²+等有毒離子，這就需要有新類型的重金屬螯合劑。配位化學是專門研究金屬與有機物結合的學科，基于配位化學的“軟硬理論”，眾多的過渡金屬，尤其是汞、鉻、鎘等屬于“軟”金屬離子，而羧酸根是“硬”配體，因此無法有很高的結合常數。而吡啶類配體在配位化學中是最經典的一類“軟”配體，將吡啶用于有毒重金屬離子的絡合將極大的提高效率。而目前吡啶類配體未大規模的應用，主要原因在于兩點，一是水溶性的問題；二是對于pH較為敏感，尤其是酸性環境。如果將這兩個問題解決，將得到一類高效的水相重金屬螯合劑。

發明內容

鑒于上述現有的問題，本發明的目的在于提供一類新型的水相重金屬螯合劑，利用不同的基團起到不同的作用，該類化合物具有很好的水溶性、在酸性環境不會二次釋放金屬離子、極高的結合常數等優點，同時提供一種制備該螯合劑的方法。

本發明的技術方案如下：

一種水相重金屬螯合劑，具有如下結構：

其中R代表-H或-Br，n＝2-16的自然數。

一種具有上述結構的水相重金屬螯合劑的制備方法，包括如下步驟：

步驟一：3-吡啶-1,10-菲咯啉或3-吡啶-8-溴-1,10-菲咯啉的合成：

稱取原料3-溴-1,10-菲咯啉或者3，8-二溴-1,10-菲咯啉、4-吡啶硼酸試劑、碳酸鉀，制備1,4-二氧六環與水的混合溶劑，將稱取的原料加入制備的混合溶劑中，緩慢攪拌混合，隨后通入氮氣，10min后加入催化量的鈀催化劑，在氮氣氛圍中加熱并恒溫回流12h，反應結束后，冷卻反應體系，將所得反應液倒入水中，抽濾，干燥，柱層析提純得到3-吡啶-1,10-菲咯啉或3-吡啶-8-溴-1,10-菲咯啉；

步驟二：氮烷基化的3-吡啶-1,10-菲咯啉和3-吡啶-8-溴-1,10-菲咯啉類化合物的合成：

取單口燒瓶，燒瓶中加入碳酸鉀和N,N-二甲基甲酰胺，稱取溴代烷烴和步驟一制得的3-吡啶-1,10-菲咯啉或3-吡啶-8-溴-1,10-菲咯啉，加入到單口燒瓶中，65-95℃條件下攪拌60-80h，反應結束后，冷卻反應體系，減壓蒸餾去除N,N-二甲基甲酰胺，取剩余油狀液體，用二氯甲烷和甲醇混合溶劑溶解，加入硅膠攪拌均勻，干法裝柱，柱層析提純得目標產物，即為水相重金屬螯合劑。

進一步的，所述步驟一中，3-溴-1,10-菲咯啉或者3，8-二溴-1,10-菲咯啉與吡啶硼酸試劑摩爾質量比為(0.5-1.5)：1。

進一步的，所述步驟一中，使用的鈀催化劑為四三苯基膦鈀。

進一步的，所述步驟二中，3-吡啶-1,10-菲咯啉或3-吡啶-8-溴-1,10-菲咯啉、溴代烷烴、碳酸鉀的摩爾質量比為1:(3-5):(3-5)。

本發明還提供了一種上述水相重金屬螯合劑在水中絡合重離子的應用。