非金屬有機催化劑及其在有機化學(xué)反應(yīng)中的應(yīng)用

黃 卓

(湖北第二師范學(xué)院，湖北 武漢 430205)

1 簡介非金屬有機催化劑

1.1 非金屬有機催化劑的含義及分類

非金屬有機催化劑是指具有基本的催化屬性且不含有金屬離子的一類催化劑，非金屬有機催化劑通?？梢苑譃橛袡C胺類催化劑、有機磷類催化劑以及手性醇類質(zhì)子催化劑。

1.2 非金屬有機催化劑的特征

與金屬有機催化劑相比，非金屬有機催化劑具有以下幾方面的特征：一是非金屬有機催化劑與金屬有機催化劑相比毒性較小，在金屬有機催化劑中含有的某些金屬離子具有毒性，在使用過程中可能對周圍生態(tài)環(huán)境造成破壞，而非金屬有機催化劑中則不含有這樣的物質(zhì)；二是非金屬有機催化劑制造的成本較低，且易于保存；三是非金屬有機催化劑相比而言對化學(xué)反應(yīng)過程中周圍環(huán)境的要求較低；四是非金屬有機催化劑分離比較簡單，能夠循環(huán)使用，節(jié)約資源。正是基于非金屬有機催化劑以上優(yōu)勢，如今越來越多的非金屬有機催化劑正在取代市面上的金屬有機催化劑以及部分其他類型的催化劑。

2 非金屬有機催化劑在化學(xué)反應(yīng)中的應(yīng)用

2.1 重排反應(yīng)

重排反應(yīng)指的是在具備了一定的反應(yīng)條件的基礎(chǔ)上，分子內(nèi)部或者不同分子之間的一些基團(tuán)進(jìn)行重新排列組合的一系列過程。在重排反應(yīng)過程中，隨著基團(tuán)位置的變化，分子結(jié)構(gòu)也隨之發(fā)生變化，基于此，原有的分子消失，生成了新的分子，而在這一過程中非金屬有機催化劑的結(jié)構(gòu)以及構(gòu)成的元素并不發(fā)生改變。

2.2 環(huán)加成反應(yīng)

環(huán)加成反應(yīng)過程中，熱反應(yīng)或光反應(yīng)會使分子被激發(fā)，從而為反應(yīng)過程中提供需要的能量，在這一過程中活化中間體的價電子將進(jìn)行重組。促成環(huán)加成反應(yīng)的主要是以下兩類非金屬有機有機催化劑：一類是原有的烯結(jié)構(gòu)，另一類則是醛加成形成環(huán)加成產(chǎn)物。

2.3 縮合反應(yīng)

縮合反應(yīng)是指在在非金屬有機催化劑的作用下，有機分子以共價鍵結(jié)合，形成一個較大的分子，在較大分子生成的過程中，會失去類似HCL或者H2O等小分子。常見的縮合反應(yīng)有：克萊森縮合反應(yīng)以及珀金縮合反應(yīng)等。

2.4 共軛加成反應(yīng)

共軛加成反應(yīng)是指在非金屬有機催化劑的作用下，共軛體系中的雙鍵會斷開，在斷開的雙鍵處會進(jìn)行加成，從而形成新的物質(zhì)，共軛體系的雙鍵大多位于結(jié)構(gòu)的兩端。

2.5 氫氰化反應(yīng)

大多數(shù)時候是采用氰酶作為氫氰化反應(yīng)的催化劑，由于非金屬催化劑相比而言，結(jié)構(gòu)簡單、易于保存且生產(chǎn)成本較低，如今氰酶已經(jīng)逐漸被非金屬有機催化劑取代。

2.6 烷基化反應(yīng)

烷基化反應(yīng)是指在反應(yīng)過程中，有機化合物中連在C、O等上的氫原子被烷基取代形成新的物質(zhì)，常見的烷基化反應(yīng)包括：碳原子上的烷基化以及在催化劑的作用下兩個活性基團(tuán)之間的亞甲基烷基化。

3 展望未來非金屬有機催化劑的發(fā)展前景

在未來非金屬有機催化劑將在以下幾方面發(fā)揮著重要的作用：一是非金屬有機催化劑的生產(chǎn)成本較為低廉，且非金屬催化劑的催化作用較好，因此使用非金屬有機催化劑將會幫助化學(xué)化工企業(yè)在降低生產(chǎn)成本的同時，提升化學(xué)化工企業(yè)的生產(chǎn)效率；二是非金屬有機催化劑分離比較簡單且成本較為低廉，因此在化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)過程中，非金屬有機催化劑能夠被重復(fù)使用，這對于節(jié)約成本和保護(hù)環(huán)境而言均具有重要的意義；三是非金屬催化劑對于反應(yīng)發(fā)生的環(huán)境要求較低，能夠在相對簡陋的環(huán)境下進(jìn)行化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)；四是非金屬有機催化劑具有進(jìn)一步發(fā)展的前景，其發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的效率將會進(jìn)一步提高，因此在化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)中所需要的劑量將會大幅減少；五是當(dāng)前非金屬有機催化劑的種類并不豐富，部分化學(xué)反應(yīng)還未能匹配到恰當(dāng)?shù)拇呋瘎?，在未來非金屬有機催化劑的種類將更加豐富；六是在未來非金屬有機催化劑將更加溫和和無害，更加有利于環(huán)境保護(hù)。

4 總結(jié)

當(dāng)前非金屬有機催化劑的部分理論目前而言還處于設(shè)想狀態(tài)，并未在實際過程中應(yīng)用。因此，相關(guān)研究人員應(yīng)該加強對于非金屬有機催化劑的研究和使用，在非金屬有機催化劑的研究方面取得更多成果，從而推動我國化學(xué)工業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步。