本發明屬于非均相光催化，具體涉及一種c3n5錨定的鐵單原子催化劑光催化芳環三氟甲基化反應的方法。
背景技術：
1、三氟甲基化反應在化學和應用科學中具有重要意義，其引入的三氟甲基能顯著增強分子的化學和物理性質，如提高疏水性、熱穩定性和電子效應(j.?med.?chem.?2021,64,?10246.)。在藥物化學中，三氟甲基化反應常用于優化藥物的活性、選擇性和代謝穩定性，同時改善藥代動力學特性。在材料科學中，三氟甲基化反應可以提升材料的疏水性、抗腐蝕性及光電性能，廣泛應用于功能性材料的設計(med.?chem.?2007,?22,?527.)。此外，三氟甲基化合物在農業化學中也是高效農藥和除草劑的重要成分。然而，由于反應條件苛刻和成本較高，其在合成中仍面臨一定挑戰。
2、通過自由基路徑實現三氟甲基化反應具有獨特優勢，包括其反應條件相對溫和、適用范圍廣以及較高的化學選擇性。通過自由基路徑引入三氟甲基通常依賴于三氟甲基化反應試劑（如?cf3i、cf3br、或?ruppert-prakash試劑）和自由基生成體系（如光催化、電化學或過氧化物分解）。2011年sanford等人使用tmscf3作為三氟甲基源，銀催化實現芳烴的直接三氟甲基化(org.?lett.?2011,?13,?5464.)。但反應條件苛刻，需要使用有毒易揮發的有機溶劑，使得該反應仍存在諸多改進空間。
3、水相三氟甲基化反應以水為溶劑，具有環境友好、條件溫和、操作簡便等優點，適用于多種芳烴、雜芳烴及生物分子，無需嚴格無水條件且后處理簡單。2011年baran等人利用銅鹽、三氟甲基亞磺酸鈉和過氧化叔丁醇實現了對芳烴的三氟甲基化。2014年lipshutz等人使用5當量的叔丁基過氧化氫和3當量的三氟甲基亞磺酸鈉在水相膠束體系下室溫反應24?h，其產物的產率在60~80%之間(green?chem.?2014,?16,?1097)。2016年gong等人使用了1.5當量的過硫酸鈉和3當量的三氟甲基亞磺酸鈉，并額外添加了少量的磷酸，在乙腈和水的混合體系下用氬氣做保護室溫反應12?h，得到了80~90%的產率(green?chem.,2016,?18,?5967.)。但這些水相芳烴的三氟甲基化還存在著反應效率較低、對氟化試劑和氧化劑的用量較高和催化劑無法回收利用等一系列問題。
4、而光催化三氟甲基化反應利用光催化劑（如金屬配合物或有機染料）吸收光能后激發生成活性物種，從而誘導三氟甲基自由基的生成。通過與底物發生自由基反應，可以實現高效、溫和的三氟甲基化反應。2016年li等人在紫外或可見光照射下，使用丙酮和雙乙酰作為自由基引發劑，三氟甲基亞磺酸作為三氟甲基化試劑，實現了對芳烴的三氟甲基化(jam?chem?soc.?2016,?138,?5809)。2017年ravelli等人開發了一種太陽光驅動的三氟甲基化反應，利用十聚鎢酸鹽作為光催化劑，以三氟甲基亞磺酸鈉（cf3so2na）作為三氟甲基源，在溫和條件下實現芳烴、雜芳烴及缺電子烯烴的三氟甲基化photochem?photobiol?sci.2017,?16,?1375.)。但這些均相光催化劑可能在廢物處理和成本方面存在局限性。而非均相光催化劑（石墨氮化碳、cds?納米棒和au@zno核殼納米顆粒）也存在一定的局限性，包括催化效率低、選擇性不足和苛刻的反應條件等一系列問題(j.?catal.,2024,?439,115775.)。
5、因此，進一步提高產率，同時簡化催化劑制備方法、縮短反應時間和對環境友好成為了光催化芳烴三氟甲基化反應的研究的方向。
技術實現思路
1、本發明的目的是為了克服現有技術的不足，而提供一種c3n5錨定的鐵單原子催化劑光催化芳環三氟甲基化反應的方法。
2、本發明采用如下技術方案：
3、本發明提供一種c3n5錨定的鐵單原子催化劑光催化芳環三氟甲基化反應的方法，包括如下步驟：將芳環底物、c3n5錨定的鐵單原子催化劑、三氟甲基化試劑、氧化劑、溶劑加入反應容器中，于可見光照射下攪拌反應一定時間，反應結束后進行后處理，得目標產物；
4、其中所述芳環底物、三氟甲基化試劑和氧化劑的摩爾比為0.9~1.1∶1.9~2.1∶0.9~1.1；
5、所述c3n5錨定的鐵單原子催化劑的的加入量為：每mmol芳環底物加入10mg?c3n5錨定的鐵單原子催化劑。
6、進一步地，所述的c3n5錨定的鐵單原子催化劑光催化芳環三氟甲基化反應的方法，其中所述c3n5錨定的鐵單原子催化劑的制備方法為：將3-氨基-1,2,4-三唑與fecl2·2h2o按照質量比40~60:0.8~1.2進行混合，再進行球磨處理，將所得物料進行煅燒，煅燒過程用氮氣作為保護氣，升溫速率5?℃/min?，升溫至500?℃后，恒溫煅燒180?min，之后自然降溫，即得所述c3n5錨定的鐵單原子催化劑。
7、進一步地，所述的c3n5錨定的鐵單原子催化劑光催化芳環三氟甲基化反應的方法，其中，所述芳環底物為1,3,5-三甲氧基苯、3,4,5-三甲氧基苯酚、3,5-二甲氧基苯乙酮、4-叔丁基吡啶、3,4,5-三甲氧基甲苯、2,4,6-三甲氧基苯乙酮、3,5-二甲氧基甲苯、苯并咪唑、對二甲苯或均三甲苯。
8、進一步地，所述的c3n5錨定的鐵單原子催化劑光催化芳環三氟甲基化反應的方法，其中，所述三氟甲基化試劑為三氟甲基亞磺酸鈉。
9、進一步地，所述的c3n5錨定的鐵單原子催化劑光催化芳環三氟甲基化反應的方法，其中，所述氧化劑為過硫酸鈉。
10、進一步地，所述的c3n5錨定的鐵單原子催化劑光催化芳環三氟甲基化反應的方法，其中，所述溶劑為水。
11、進一步地，所述的c3n5錨定的鐵單原子催化劑光催化芳環三氟甲基化反應的方法，其中，于413?nm可見光照射下于30～40oc攪拌反應6h。
12、進一步地，所述的c3n5錨定的鐵單原子催化劑光催化芳環三氟甲基化反應的方法，其中，所述后處理具體為：反應結束后過濾，并通過硅膠短柱過濾得到反應混合液，用乙酸乙酯稀釋，通過硅膠柱層析法提純，以石油醚/乙酸乙酯為洗脫液，乙酸乙酯/石油醚，v/v?=1:9，得目標產物。
13、與現有技術相比，本發明具有如下有益效果：
14、第一：?本發明采用的fe1@c3n5催化劑通過鐵單原子（fe-sa）與c3n5載體中氮配位點的強錨定作用，形成高度分散的活性中心（fe-n4構型），顯著提升光生電子-空穴對的分離效率（如xps與exafs數據所示）。在可見光（413?nm）激發下，催化劑通過fe3+/fe2+循環高效活化三氟甲基亞磺酸鈉（cf3so2na），生成·cf3自由基，同時氧化劑（na2s2o8）的協同作用進一步促進自由基鏈式反應，使芳環三氟甲基化反應的收率達95%以上（實施例4），遠高于傳統均相催化劑（60-80%）及未負載的c3n5（55%）。
15、第二：本發明以水為溶劑，避免有機溶劑（如乙腈、dmf）的使用，符合綠色化學原則。
16、第三：本發明的催化劑具有優異的底物普適性和官能團兼容性，可高效催化35種結構多樣的芳環底物（包括富電子芳烴、雜芳環及藥物分子片段），例如：對1,3,5-三甲氧基苯的催化效率達95%收率，對苯并咪唑類底物也能實現88%的高收率。特別值得注意的是，該催化劑對多種敏感官能團（如甲氧基、乙酰基、叔丁基等）均展現出良好的耐受性，為復雜藥物分子的修飾提供了高效解決方案。