活性炭負載催化劑在有機合成中的應用

摘要：為了探討活性炭負載催化劑在有機合成中的應用，并展望其未來發(fā)展前景。故而以二氧化硅負載高氯酸為例，針對其Hantzsch反應、Mannich反應等的催化作用及其與高烯丙基胺的合成等展開分析。結(jié)果證實二氧化硅負載高氯酸合成性質(zhì)穩(wěn)定，可長時間保持其催化活性，其操作簡單、產(chǎn)率較高，在新型化合物制備中能夠發(fā)揮重要作用，且滿足綠色合成標準，將成為未來有機合成的主要方式。

關(guān)鍵詞：活性炭；催化劑；有機合成

引言

隨著生態(tài)理念的不斷深化，化學合成領(lǐng)域的綠色發(fā)展趨勢也逐漸明顯，采取環(huán)保型催化劑視為未來有機合成的主要方向，二氧化硅負載高氯酸（HCIO4/SiO2）的催化作用強、分離性好、成本較低且制備簡單，對環(huán)境無污染，可循環(huán)[1-3]。其應用領(lǐng)域十分廣泛。

一、HCIO4/SiO2的有機合成

1、生物柴油

生物柴油（Biodiesel）是以油料作物和垃圾食用油為原材料，通過熱化學工藝所制備出來的人工混合能源，屬于生物質(zhì)能，具有環(huán)保、可再生特點和較好的潤滑性，含硫較低。在船舶、卡車以及農(nóng)用機械中得到廣泛應用。HCIO4/SiO2以其較強的催化活性，生物柴油的酯交換中發(fā)揮重要作用。構(gòu)成最佳催化反應的條件如下，乙醇及大豆油以8：1的比例調(diào)配，以大豆油質(zhì)量為標準，量取5%的催化劑，同時量取正庚烷30%。以8h時長為標準，控制回流反應，最終可獲得高達59.8%的生物柴油。

2、酰胺烷基萘酚

此類化合物一般被用作磺胺類藥物的制作，發(fā)揮中間體作用，可制備精細藥品，而HCIO4/SiO2在其中所發(fā)揮的作用則是對β-萘酚以及乙腈等進行催化，催化過程一般采取一鍋法，將反應物乙腈同時作為反映的溶劑。因此，乙腈用量需超過標準量。加入硝基苯甲醛后，裔2h時長為標準，對反應時間進行控制，最終可獲得89%的產(chǎn)率。

3、α-氨基磷酸酯

此類化合物的性質(zhì)及分類與氨基酸相近，被廣泛運用在藥物化學領(lǐng)域以及生物化學領(lǐng)域，HCIO4/SiO2的合成催化作用同樣需以一鍋法為依托，從而對亞磷酸三烷以及芳香胺等進行催化。通常情況下，以65min時長為標準，對反應時間進行控制，可獲得95%的產(chǎn)率。

4、取代咪唑

咪唑官能團具有緩蝕作用，通常在過渡金屬領(lǐng)域應用，取自生物分子內(nèi)部，而通過HCIO4/SiO2的催化，可利用一鍋法將其他材料合成，取代咪唑。所合成的材料為甲基苯胺、硝基苯甲醛、二苯乙二酮等，以2min時長為標準，對反應時間進行控制，可獲得98%的產(chǎn)率。

5、吲哚衍生物

在一些天然產(chǎn)物中，存在著吲哚衍生物，這種衍生物有著很強的生理活性，通過HCIO4/SiO2進行催化，可獲得高產(chǎn)率的吲哚衍生物。以一鍋法合成，將芳香叔胺以及吲哚和甲醛列為三組分，以30min為時長標準，對反應時間加以控制，可獲得84%的產(chǎn)品產(chǎn)率。此外值得一提的是，催化劑的重復使用對產(chǎn)品產(chǎn)率的影響不大，有研究觀測顯示，重復使用5次，其產(chǎn)率也沒有低于80%。

二、HCIO4/SiO2在有機合成中的應用

HCIO4/SiO2具有較強的催化活性，通常情況下以室溫保存數(shù)月而活性不減[4-5]。再加上其本身性質(zhì)穩(wěn)定，易于分離且可循環(huán)等特點，使其在多種有機合成過程中都得到廣泛應用：

1、Hantzsch反應的催化

在諸多化合物種類中，二氫砒啶具有性能多樣性及生物活性多樣性特點，而這種特點與其內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)。在催化劑的作用下，醋酸銨以及醛和羰化合物等可以化合為多種不同形式，其最佳產(chǎn)率的催化方案為：以20min時長為標準，對乙酸乙酯及苯甲醛進行反應催化，可獲得產(chǎn)率為95%。

2、Mannich反應的催化

在精細化學品催化以及藥物制備過程中，Mannich反應發(fā)揮著重要作用，通常采取一鍋法，針對芳香醛、酮以及芳香胺等材料，基于HCIO4/SiO2的催化效果進行催化合成。在HCIO4/SiO2的催化下，可降低催化劑量，不會產(chǎn)生各種相關(guān)的副反應。其時長標準為2h，在該時間標準控制下，可獲得98%的產(chǎn)率。

3、Hosomi-Sakurai反應的催化

在C-C鍵的合成過程中，Hosomi-Sakurai反應得到了十分廣泛的應用，其操作便捷性好，實用性強，在常規(guī)室溫下即可完成?？蓪⒅咀?、芐基醇等材料，進行烯丙基反應，最終合成所需化合物。通常其反應時間標準為15min，可獲得97%的高產(chǎn)率。

4、環(huán)化-氧化反應的催化

喹喔啉的生物活性較強，在雜環(huán)化合物中具有十分重要的地位，是醫(yī)藥化學領(lǐng)域的重要化合物，其化合過程同樣可采用HCIO4/SiO2催化，可產(chǎn)生喹喔啉。在催化反應過程中，將反應時間控制在15min，其產(chǎn)品產(chǎn)率可達到94%。

5、烷基化反應的催化

有機合成領(lǐng)域，烷基化反應地位十分重要，通過這種反應形式，能夠獲得諸多藥用領(lǐng)域的化學分子，采用HCIO4/SiO2催化，相比其他催化方法，環(huán)保性更強，反應速度更快，且操作相對簡單。將酰胺和脂肪醇等進行烷基化合，以2h為標準，控制化合催化時間，可獲得高達98%的產(chǎn)率。

總結(jié)：

綜上所述，二氧化硅負載高氯酸合成性質(zhì)穩(wěn)定，可長時間保持其催化活性，其操作簡單、產(chǎn)率較高?？捎糜谛滦突衔镏苽洌揖哂锌芍貜托?、環(huán)保型優(yōu)勢，在今后的化學有機合成領(lǐng)域，將得到廣泛應用。

參考文獻：

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作者簡介：

楊榮 研究方向 應用化學 學歷在讀安康學院單位 安康學院