一种可套用的美罗培南合成用钯炭催化剂

摘要

本发明公开了一种可套用的美罗培南合成用钯炭催化剂，包括活性炭载体，负载于活性炭载体上的钯、过渡金属纳米颗粒和钯与过渡金属的非晶合金纳米颗粒；该催化剂的制备方法包括：一、配制硫化物溶液，然后将木质炭浸泡于硫化物溶液中搅拌处理，过滤后烘干，得到活性炭载体；二、制备活性组分混合溶液；三、将活性炭载体用碱性化合物水溶液打浆，在搅拌条件下稳定得到活性炭浆液；四、将活性组分混合溶液加入活性炭浆液中，搅拌得到催化剂前体；五、将催化剂前体陈化后采用硼氢化钠进行还原处理，过滤洗涤后得到成品催化剂。本发明的催化剂具有活性适中，选择性高的优点，该催化剂能够套用，大幅降低了美罗培南合成用催化剂的生产成本。

说明书

技术领域

本发明属于催化剂制备技术领域，具体涉及一种可套用的美罗培南合 成用钯炭催化剂。

背景技术

碳青霉烯类抗生素主要包括美罗培南，亚胺培南，帕尼培南，比阿培 南，厄他培南，法罗培南，多尼培南等，其中美罗培南市场需求最大，应 用也最为广泛。在其化学合成中的最后一步，需要用到钯炭催化剂进行氢 解反应，如以下反应式所示，同时脱去保护基团PNB(对硝基苄基)和 PNZ(对硝基苄氧羰基)，市场上生产该产品用到的钯炭规格一般是5％～ 7％钯炭，催化剂投料量一般为底物质量的20％左右，产品收率在48％左 右。该产品所使用的钯炭催化剂投料量该产品催化氢解步骤涉及多种潜在 的副反应，其中有双键加氢，羰基加氢，侧链硫键的氢解，PNB及PNZ 基团的选择性脱除。

目前，有关美罗培南的专利文献(如CN102153554A、CN102702203A、 CN102731504A、CN102372715A、CN101348486等)的报道大部分涉及其 合成工艺和美罗培南三水化合物的精制工艺，关系到贵金属钯炭催化剂的 制备方法较少。

专利CN102133527A提到了一种用于美罗培南合成的钯锡炭催化剂 及其制备方法。该催化剂为以粉状活性炭为载体，负载活性组分金属钯和 活性组分锡。制备过程经活性炭酸处理、钯和锡化合物负载得催化剂前体， 催化剂前体经陈化后还原得催化剂产品。该催化剂制备工艺的特点是利用 亚锡的弱还原性制备一定粒径范围的金属钯胶体，然后负载于活性炭上， 但是该工艺对操作的环境温度要求苛刻，限制在0℃～5℃，给工业化生产 造成了一定的不便。

随着美罗培南销售价格的一再降低，给该药物的生产成本造成了很大 的压力，现有的美罗培南合成用钯炭催化剂存在投料量高，催化剂因反应 前体存在硫中毒而无法套用的问题，所以急需开发一种能够套用的美罗培 南用钯炭催化剂，以缓解日益增高的成本压力。目前现有的体系收率一般 在49％左右，因为钯炭本身的吸附效应，选择性，及混合溶剂的溶解等原 因，目标产品收率的提高非常困难；同时该产品附加值较高，粗品价格为 2万/Kg，每提高1个百分点，可增加纯利润200元；按照每公斤产品需要 0.4kg钯炭，且催化剂能够套用一次，可直接降低生产成本280元。因此， 筛选性能优良的催化剂一直是催化剂厂家及使用客户追求共同目标。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种 可套用的美罗培南合成用钯炭催化剂。该催化剂具有活性适中，选择性高 的优点，且能够套用，大幅降低了美罗培南合成用催化剂的生产成本。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种可套用的美罗 培南合成用钯炭催化剂，其特征在于，包括活性炭载体，负载于活性炭载 体上的钯、过渡金属纳米颗粒和钯与过渡金属的非晶合金纳米颗粒；所述 钯炭催化剂中钯的质量为活性炭载体质量的5％～7％，过渡金属的质量为 活性炭载体质量的0.1％～1.0％；所述活性炭载体为经水溶性硫化物处理 的活性炭载体；所述过渡金属为铁、钴、镍、铜、锌、铬或铈；

所述钯炭催化剂的制备方法包括以下步骤：

步骤一、将水溶性硫化物溶于水中配制成质量浓度为0.1％～3.0％的 硫化物溶液，然后将粒度为200～300目，比表面积为800m²/g～1000m²/g 的木质炭浸泡于所述硫化物溶液中，在20℃～60℃条件下搅拌处理2h～ 5h，过滤后烘干，得到活性炭载体；

步骤二、将氯化钯和过渡金属的硝酸盐用质量浓度为5％～10％的稀 盐酸溶解，然后加水稀释，得到活性组分混合溶液；所述活性组分混合溶 液中钯的质量浓度为0.05％～1％；

步骤三、将步骤一中所述活性炭载体用碱性化合物水溶液打浆，在搅 拌条件下稳定1h～3h，得到活性炭浆液；所述碱性化合物水溶液为质量浓 度为5％～10％的Na₂CO₃水溶液，碱性化合物水溶液的用量为：每克活性 炭载体用15mL～20mL碱性化合物水溶液；

步骤四、将步骤二中所述活性组分混合溶液加入步骤三中所述活性炭 浆液中，搅拌3h～6h，得到催化剂前体；

步骤五、将步骤四中所述催化剂前体陈化6h～12h，然后采用硼氢化 钠对陈化后的催化剂前体进行还原处理，过滤洗涤后得到成品催化剂。

上述的一种可套用的美罗培南合成用钯炭催化剂，所述钯炭催化剂中 钯的质量为活性炭载体质量的5.5％～6.5％，过渡金属的质量为活性炭载 体质量的0.3％～0.8％。

上述的一种可套用的美罗培南合成用钯炭催化剂，所述钯炭催化剂中 钯的质量为活性炭载体质量的6％，过渡金属的质量为活性炭载体质量的 0.5％。

上述的一种可套用的美罗培南合成用钯炭催化剂，所述水溶性硫化物 为硫化钾、硫化钠或硫化铵。

上述的一种可套用的美罗培南合成用钯炭催化剂，步骤一中所述硫化 物溶液的质量浓度为0.1％～1.0％。

上述的一种可套用的美罗培南合成用钯炭催化剂，步骤一中所述处理 的温度为30℃～50℃。

上述的一种可套用的美罗培南合成用钯炭催化剂，步骤五中所述还原 处理的过程为：将质量浓度为5％的硼氢化钠水溶液滴加至陈化后的催化 剂前体中，滴加完成后搅拌0.5h～3h，硼氢化钠水溶液中硼氢化钠的质量 为钯质量的3～5倍。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明的催化剂具有活性适中，选择性高的优点，该催化剂能够 套用，大幅降低了美罗培南合成用催化剂的生产成本。

2、本发明的催化剂制备工艺相对于现有的生产工艺，不增加任何工 序，工艺简单，并且无苛刻控制点。

3、由于美罗培南合成的氢解反应完成后固液分离的高效性影响到产 品的收率，本发明选择粒度为200～300目的载体，能够保证固液分离的 速度，保证产品的收率。

4、载体的表面性质直接影响活性金属在载体上的分布，活性金属组 分与硫元素形成不可逆吸附，造成催化剂中毒。本发明采用载体的预硫化 处理来提高成品催化剂的抗硫性，载体经硫化物预先处理后，在后期的活 性组分负载与还原过程中，活性金属微晶体缺陷表面能较高的部分会预先 与硫结合，在美罗培南分子体系中的硫元素不会被吸附，宏观表现为催化 剂抗硫性能的提高。另外，本发明通过引入过渡金属元素作为第二活性组 分，形成非晶态合金来提高催化剂的抗硫性。过渡金属元素常常都具有一 定的加氢活性，是一种良好的助催化剂，用来对催化剂进行改性。该催化 剂还原部分使用硼氢化钠，活性组分形成了Pd-M(过渡金属)-B的非晶 态结构，该结构能够增加吸氢量，降低吸附强度，提高催化剂的选择性和 抗硫中毒的能力；同时该非晶态结构在反应中能够有效抑制活性组分的迁 移与聚集，有效延缓了催化剂活性的降低，延长了催化剂的寿命。

下面通过实施例，对本发明技术方案做进一步的详细说明。

具体实施方式

实施例1

本实施例的可套用的美罗培南合成用钯炭催化剂，包括活性炭载体， 负载于活性炭载体上的钯、过渡金属纳米颗粒和钯与过渡金属的非晶合金 纳米颗粒；所述钯炭催化剂中钯的质量为活性炭载体质量的5％，过渡金 属的质量为活性炭载体质量的0.1％；所述活性炭载体为经水溶性硫化物处 理的活性炭载体；所述过渡金属为钴；

所述钯炭催化剂的制备方法包括以下步骤：

步骤一、将含硫0.08g的硫化钠溶于水中配制成质量浓度为0.1％的硫 化物溶液，然后将粒度为200～300目，比表面积为800m²/g～1000m²/g 的木质炭浸泡于所述硫化物溶液中，在50℃条件下搅拌处理3h，过滤后 烘干，得到活性炭载体；

步骤二、将含钯1.0g的氯化钯和含钴0.02g的硝酸钴用质量浓度为5％ 的稀盐酸溶解，然后加水稀释，得到活性组分混合溶液；所述活性组分混 合溶液中钯质量浓度为0.5％；

步骤三、将20.0g步骤一中所述活性炭载体用300mL质量浓度为10％ 的Na₂CO₃水溶液打浆，在搅拌条件下稳定1h，得到活性炭浆液；

步骤四、将步骤二中所述活性组分混合溶液加入步骤三中所述活性炭 浆液中，搅拌3h，得到催化剂前体；

步骤五、将步骤四中所述催化剂前体在常温下陈化6h，然后将60g 质量浓度为5％的硼氢化钠水溶液滴加至陈化后的催化剂前体中，滴加完 成后搅拌0.5h，过滤洗涤后得到成品催化剂。

实施例2

本实施例与实施例1相同，其中不同之处在于：所述过渡金属为铁、 镍、铜、锌、铬或铈。

实施例3

本实施例的可套用的美罗培南合成用钯炭催化剂，包括活性炭载体， 负载于活性炭载体上的钯、过渡金属纳米颗粒和钯与过渡金属的非晶合金 纳米颗粒；所述钯炭催化剂中钯的质量为活性炭载体质量的6％，过渡金 属的质量为活性炭载体质量的0.5％；所述活性炭载体为经水溶性硫化物处 理的活性炭载体；所述过渡金属为钴；

所述钯炭催化剂的制备方法包括以下步骤：

步骤一、将含硫0.08g的硫化钠溶于水中配制成质量浓度为0.5％的硫 化物溶液，然后将粒度为200～300目，比表面积为800m²/g～1000m²/g 的木质炭浸泡于所述硫化物溶液中，在40℃条件下搅拌处理4h，过滤后 烘干，得到活性炭载体；

步骤二、将含钯1.2g的氯化钯和含钴0.1g的硝酸钴用质量浓度为8％ 的稀盐酸溶解，然后加水稀释，得到活性组分混合溶液；所述活性组分混 合溶液中钯的质量浓度为0.5％；

步骤三、将20.0g步骤一中所述活性炭载体用400mL质量浓度为8％ 的Na₂CO₃水溶液打浆，在搅拌条件下稳定2h，得到活性炭浆液；

步骤四、将步骤二中所述活性组分混合溶液加入步骤三中所述活性炭 浆液中，搅拌5h，得到催化剂前体；

步骤五、将步骤四中所述催化剂前体在常温下陈化9h，然后将100g 质量浓度为5％的硼氢化钠水溶液滴加至陈化后的催化剂前体中，滴加完 成后搅拌1h，过滤洗涤后得到成品催化剂。

实施例4

本实施例与实施例3相同，其中不同之处在于：所述过渡金属为铁、 镍、铜、锌、铬或铈。

实施例5

本实施例的可套用的美罗培南合成用钯炭催化剂，包括活性炭载体， 负载于活性炭载体上的钯、过渡金属纳米颗粒和钯与过渡金属的非晶合金 纳米颗粒；所述钯炭催化剂中钯的质量为活性炭载体质量的7％，过渡金 属的质量为活性炭载体质量的1％；所述活性炭载体为经水溶性硫化物处 理的活性炭载体；所述过渡金属为钴；

所述钯炭催化剂的制备方法包括以下步骤：

步骤一、将含硫0.08g的硫化钠溶于水中配制成质量浓度为3.0％的硫 化物溶液，然后将粒度为200～300目，比表面积为800m²/g～1000m²/g 的木质炭浸泡于所述硫化物溶液中，在20℃条件下搅拌处理5h，过滤后 烘干，得到活性炭载体；

步骤二、将含钯1.4g的氯化钯和含钴0.2g的硝酸钴用质量浓度为10％ 的稀盐酸溶解，然后加水稀释，得到活性组分混合溶液；所述活性组分混 合溶液中钯的质量浓度为1％；

步骤三、将20.0g步骤一中所述活性炭载体用350mL质量浓度为5％ 的Na₂CO₃水溶液打浆，在搅拌条件下稳定3h，得到活性炭浆液；

步骤四、将步骤二中所述活性组分混合溶液加入步骤三中所述活性炭 浆液中，搅拌6h，得到催化剂前体；

步骤五、将步骤四中所述催化剂前体在常温下陈化12h，然后将140g 质量浓度为5％的硼氢化钠水溶液滴加至陈化后的催化剂前体中，滴加完 成后搅拌3h，过滤洗涤后得到成品催化剂。

实施例6

本实施例与实施例5相同，其中不同之处在于：所述过渡金属为铁、 镍、铜、锌、铬或铈。

实施例7

本实施例的可套用的美罗培南合成用钯炭催化剂，包括活性炭载体， 负载于活性炭载体上的钯、过渡金属纳米颗粒和钯与过渡金属的非晶合金 纳米颗粒；所述钯炭催化剂中钯的质量为活性炭载体质量的5.5％，过渡金 属的质量为活性炭载体质量的0.3％；所述活性炭载体为经水溶性硫化物处 理的活性炭载体；所述过渡金属为铁；

所述钯炭催化剂的制备方法包括以下步骤：

步骤一、将含硫0.08g的硫化钾溶于水中配制成质量浓度为1.0％的硫 化物溶液，然后将粒度为200～300目，比表面积为800m²/g～1000m²/g 的木质炭浸泡于所述硫化物溶液中，在30℃条件下搅拌处理2h，过滤后 烘干，得到活性炭载体；

步骤二、将含钯1.1g的氯化钯和含铁0.06g的硝酸铁用质量浓度为8％ 的稀盐酸溶解，然后加水稀释，得到活性组分混合溶液；所述活性组分混 合溶液中钯的质量浓度为0.05％；

步骤三、将20.0g步骤一中所述活性炭载体用300mL质量浓度为10％ 的Na₂CO₃水溶液打浆，在搅拌条件下稳定1h，得到活性炭浆液；

步骤四、将步骤二中所述活性组分混合溶液加入步骤三中所述活性炭 浆液中，搅拌3h，得到催化剂前体；

步骤五、将步骤四中所述催化剂前体在常温下陈化10h，然后将84g 质量浓度为5％的硼氢化钠水溶液滴加至陈化后的催化剂前体中，滴加完 成后搅拌2h，过滤洗涤后得到成品催化剂。

实施例8

本实施例与实施例7相同，其中不同之处在于：所述过渡金属为钴、 镍、铜、锌、铬或铈。

实施例9

本实施例的可套用的美罗培南合成用钯炭催化剂，包括活性炭载体， 负载于活性炭载体上的钯、过渡金属纳米颗粒和钯与过渡金属的非晶合金 纳米颗粒；所述钯炭催化剂中钯的质量为活性炭载体质量的6.5％，过渡金 属的质量为活性炭载体质量的0.8％；所述活性炭载体为经水溶性硫化物处 理的活性炭载体；所述过渡金属为镍；

所述钯炭催化剂的制备方法包括以下步骤：

步骤一、将含硫0.04g的硫化铵溶于水中配制成质量浓度为0.1％的硫 化物溶液，然后将粒度为200～300目，比表面积为800m²/g～1000m²/g 的木质炭浸泡于所述硫化物溶液中，在60℃条件下搅拌处理2h，过滤后 烘干，得到活性炭载体；

步骤二、将含钯1.3g的氯化钯和含镍0.16g的硝酸镍用质量浓度为6％ 的稀盐酸溶解，然后加水稀释，得到活性组分混合溶液；所述活性组分混 合溶液中钯的质量浓度为0.1％；

步骤三、将20.0g步骤一中所述活性炭载体用400mL质量浓度为7％ 的Na₂CO₃水溶液打浆，在搅拌条件下稳定2h，得到活性炭浆液；

步骤四、将步骤二中所述活性组分混合溶液加入步骤三中所述活性炭 浆液中，搅拌4h，得到催化剂前体；

步骤五、将步骤四中所述催化剂前体在常温下陈化8h，然后将80g 质量浓度为5％的硼氢化钠水溶液滴加至陈化后的催化剂前体中，滴加完 成后搅拌1.5h，过滤洗涤后得到成品催化剂。

实施例10

本实施例与实施例9相同，其中不同之处在于：所述过渡金属为铁、 钴、铜、锌、铬或铈。

实施例11

本实施例的可套用的美罗培南合成用钯炭催化剂，包括活性炭载体， 负载于活性炭载体上的钯、过渡金属纳米颗粒和钯与过渡金属的非晶合金 纳米颗粒；所述钯炭催化剂中钯的质量为活性炭载体质量的6.2％，过渡金 属的质量为活性炭载体质量的0.4％；所述活性炭载体为经水溶性硫化物处 理的活性炭载体；所述过渡金属为铈；

所述钯炭催化剂的制备方法包括以下步骤：

步骤一、将含硫0.06g的硫化铵溶于水中配制成质量浓度为0.8％的硫 化物溶液，然后将粒度为200～300目，比表面积为800m²/g～1000m²/g 的木质炭浸泡于所述硫化物溶液中，在45℃条件下搅拌处理5h，过滤后 烘干，得到活性炭载体；

步骤二、将含钯1.24g的氯化钯和含铈0.08g的硝酸铈用质量浓度为 5％的稀盐酸溶解，然后加水稀释，得到活性组分混合溶液；所述活性组分 混合溶液中钯的质量浓度为0.4％；

步骤三、将20.0g步骤一中所述活性炭载体用400mL质量浓度为9％ 的Na₂CO₃水溶液打浆，在搅拌条件下稳定3h，得到活性炭浆液；

步骤四、将步骤二中所述活性组分混合溶液加入步骤三中所述活性炭 浆液中，搅拌5h，得到催化剂前体；

步骤五、将步骤四中所述催化剂前体在常温下陈化10h，然后将120g 质量浓度为5％的硼氢化钠水溶液滴加至陈化后的催化剂前体中，滴加完 成后搅拌2h，过滤洗涤后得到成品催化剂。

实施例12

本实施例与实施例11相同，其中不同之处在于：所述过渡金属为铁、 钴、镍、铜、锌或铬。

对比例1

步骤一、将粒度为200～300目，比表面积为800m²/g～1000m²/g的木 质炭浸泡于纯水中，在50℃条件下搅拌处理3h，过滤后烘干，得到活性 炭载体；

步骤二、将含钯1.0g的氯化钯用质量浓度为5％的稀盐酸溶解，然后 加水稀释，得到活性组分混合溶液；所述活性组分混合溶液中钯质量浓度 为0.5％；

步骤三、将20.0g步骤一中所述活性炭载体用300mL质量浓度为10％ 的Na₂CO₃水溶液打浆，在搅拌条件下稳定1h，得到活性炭浆液；

步骤四、将步骤二中所述活性组分混合溶液加入步骤三中所述活性炭 浆液中，搅拌3h，得到催化剂前体；

步骤五、将步骤四中所述催化剂前体在常温下陈化6h，然后将60g 质量浓度为5％的硼氢化钠水溶液滴加至陈化后的催化剂前体中，滴加完 成后搅拌0.5h，过滤洗涤后得到成品催化剂。

对比例2

步骤一、将含硫0.08g的硫化钠溶于水中配制成质量浓度为0.5％的硫 化物溶液，然后将粒度为200～300目，比表面积为800m²/g～1000m²/g 的木质炭浸泡于所述硫化物溶液中，在40℃条件下搅拌处理4h，过滤后 烘干，得到活性炭载体；

步骤二、将含钯1.2g的氯化钯用质量浓度为8％的稀盐酸溶解，然后 加水稀释，得到活性组分混合溶液；所述活性组分混合溶液中钯的质量浓 度为0.5％；

步骤三、将20.0g步骤一中所述活性炭载体用400mL质量浓度为8％ 的Na₂CO₃水溶液打浆，在搅拌条件下稳定2h，得到活性炭浆液；

步骤四、将步骤二中所述活性组分混合溶液加入步骤三中所述活性炭 浆液中，搅拌5h，得到催化剂前体；

步骤五、将步骤四中所述催化剂前体在常温下陈化9h，然后将100g 质量浓度为5％的硼氢化钠水溶液滴加至陈化后的催化剂前体中，滴加完 成后搅拌1h，过滤洗涤后得到成品催化剂。

对比例3

步骤一、将粒度为200～300目，比表面积为800m²/g～1000m²/g的木 质炭浸泡于纯水中，在20℃条件下搅拌处理5h，过滤后烘干，得到活性 炭载体；

步骤二、将含钯1.4g的氯化钯和含钴0.2g的硝酸钴用质量浓度为10％ 的稀盐酸溶解，然后加水稀释，得到活性组分混合溶液；所述活性组分混 合溶液中钯的质量浓度为1％；

步骤三、将20.0g步骤一中所述活性炭载体用350mL质量浓度为5％ 的Na₂CO₃水溶液打浆，在搅拌条件下稳定3h，得到活性炭浆液；

步骤四、将步骤二中所述活性组分混合溶液加入步骤三中所述活性炭 浆液中，搅拌6h，得到催化剂前体；

步骤五、将步骤四中所述催化剂前体在常温下陈化12h，然后将140g 质量浓度为5％的硼氢化钠水溶液滴加至陈化后的催化剂前体中，滴加完 成后搅拌3h，过滤洗涤后得到成品催化剂。

对本发明实施例1、3、5、7、9、11和对比例1、2、3制备的催化剂 的性能进行评价：

评价体系：300mL的不锈钢高压反应釜中，依次加入保护美罗培南 5g；四氢呋喃：174mL；纯水250g；2,6-二甲基吡啶：7.4g；催化剂0.5g； 依次用氮气和氢气冲洗釜三次，保持氢气压力为1.8MPa恒压不变，温度 控制在38℃，反应时间为1.5h；反应结束后，滤除催化剂，滤液在冰浴中 用丙酮结晶，过滤出晶体，在真空干燥箱中40℃至恒重，计算产品质量收 率，粗品应用外标法以色谱峰面积计算产品的摩尔收率，结果见下表。

表1本发明催化剂与对比例催化剂的催化性能

从表1中可以看出，当钯炭催化剂中贵金属钯质量含量为5％～7％时， 对美罗培南产品的收率影响不大；载体经过水溶性硫化物处理后或者在催 化剂制备过程中添加特定的过渡金属元素，催化剂的套用性能有所改进， 本发明通过对载体进行水溶性硫化物处理，结合过渡金属的添加，有效提 高该催化剂的套用性能，能够大幅降低美罗培南合成用催化剂的生产成 本。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制，凡 是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结 构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。