有機(jī)化學(xué)反應(yīng)中非金屬有機(jī)催化劑的應(yīng)用研究

張立超（江蘇極易新材料有限公司，江蘇徐州221700）

0 引言

目前，85%的現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)產(chǎn)品其實(shí)都是在催化劑的作用下被生產(chǎn)出來的，因此在化工行業(yè)的產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，催化劑有著極其重要的地位和作用。每種催化工藝的研制成功，或是每種新的催化劑被發(fā)現(xiàn)，在整個(gè)化工行業(yè)都能夠引起重大的革新。正是在這樣的形勢(shì)背景下，許多簡單有機(jī)分子成為了重點(diǎn)研究開發(fā)對(duì)象，在有機(jī)化學(xué)反應(yīng)中，其被作為了重要的催化劑。論文以非金屬有機(jī)催化劑作為研究對(duì)象，深入探究探討其在有機(jī)化學(xué)反應(yīng)中的具體應(yīng)用，無疑具有尤為重要的意義和作用，有利于推動(dòng)非金屬有機(jī)催化劑行業(yè)的發(fā)展。

1 非金屬有機(jī)催化劑概述

1.1 非金屬有機(jī)催化劑介紹

在現(xiàn)代化工行業(yè)中，各種化學(xué)反應(yīng)要想實(shí)現(xiàn)順利進(jìn)行，其中一個(gè)非常重要的條件就是加入催化劑，部分化工產(chǎn)品要想成功生產(chǎn)出來甚至必須加入相應(yīng)的催化劑。催化劑的地位和作用可見一斑。而在在化學(xué)反應(yīng)中，非金屬有機(jī)催化劑的加入也能夠發(fā)揮出較好的作用，從而使得其在整個(gè)催化劑市場擁有比較大的發(fā)展前景。相比于金屬有機(jī)催化劑來說，兩者之間還是有一些共性存在的，但需要看到非金屬有機(jī)催化劑并沒有金屬離子配位[1]。對(duì)于一般的催化劑而言，其催化導(dǎo)向作用主要是通過質(zhì)子酸來實(shí)現(xiàn)的，苯磺酸類有機(jī)催化劑等包括在內(nèi)。而非金屬有機(jī)催化劑則不同，分子中的P、N等富電子中心是其得以發(fā)揮相應(yīng)催化作用的關(guān)鍵所在。在一定化學(xué)鍵的作用下，相應(yīng)反應(yīng)物和分子轉(zhuǎn)換成為活化中間體，然后，產(chǎn)品的特性被其自身的結(jié)構(gòu)元素有效地控制。除了部分特殊情況，非金屬有機(jī)催化劑有著比較高的安全性，毒性較低，市場成本不高，再加之在化學(xué)反應(yīng)中能夠起到很好的催化作用，從而使得其在化工行業(yè)的產(chǎn)品生產(chǎn)過程中獲得了較為廣泛的應(yīng)用，其重要性越發(fā)突顯了出來。

1.2 非金屬有機(jī)催化劑種類

手性醇類質(zhì)子（Chiral alcohol protons）、有機(jī)胺類（Organic amine）以及有機(jī)磷類（Organophosphate class）等等都屬于非金屬有機(jī)催化劑。其中有機(jī)胺類催化劑其代表主要是N-雜環(huán)卡賓類催化劑（N-heterocyclic carbine catalysts）、金雞納堿類催化劑（Cinchona base catalysts）等；有機(jī)磷類催化劑其代表主要是三烷基膦類催化劑（Trialkyl phosphine catalysts）、三芳基膦類催化劑（Triaryl phosphine catalysts）等。在使用非金屬有機(jī)催化劑之前，使用人員需要對(duì)各種催化劑的特性有一個(gè)清楚正確的了解和掌握，通過合理選擇，從而確?；瘜W(xué)反應(yīng)的順利進(jìn)行?？偟膩碚f，大多數(shù)非金屬有機(jī)催化劑在實(shí)際應(yīng)用過程中都具有較好的催化活性，在許多化學(xué)反應(yīng)中都有著良好的催化表現(xiàn)，適用于一些不對(duì)稱合成，可以幫助化學(xué)反應(yīng)較好地實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。雖然非金屬有機(jī)催化劑在實(shí)際生產(chǎn)中有著較大發(fā)展，但還需要看到還有很多化學(xué)反應(yīng)沒有合適的非金屬有機(jī)催化劑，因此應(yīng)加大這方面的研究。

2 有機(jī)化學(xué)反應(yīng)中非金屬有機(jī)催化劑的應(yīng)用

2.1 重排反應(yīng)

有機(jī)化合物分子部分基因在一定反應(yīng)條件下會(huì)進(jìn)行分子間或分子內(nèi)的重排[2]。在重排反應(yīng)（Rearrangement reaction）的進(jìn)行過程中，基團(tuán)會(huì)出現(xiàn)遷移的情況，從而使得分子骨架C原子被改變了，新的分子因此而生成。比如在乙醇（Ethanol）中戊基溴（Amyl bromide）的分解和聯(lián)苯胺（Benzidine）重排。而分子間的重排非金屬有機(jī)催化劑也可以參與進(jìn)來，并在其中發(fā)揮重要的催化作用。如在鹽酸（Hydrochloric acid）作用下N-氯代乙酰苯（N-chloroacetobenzene）的重排。

2.2 環(huán)加成反應(yīng)

環(huán)加成反應(yīng)（Cycloaddition reaction）主要是指兩個(gè)共軛體系結(jié)合，兩個(gè)環(huán)狀分子生成為一個(gè)雙分子的反應(yīng)[3]。在反應(yīng)中，非金屬有機(jī)催化劑主要是利用兩類物質(zhì)來完成其催化使命。一類是原有的烯結(jié)構(gòu)，在非金屬有機(jī)催化劑的作用下會(huì)形成大型環(huán)狀分子，比如貧電子烯烴（Electron-poor olefin）和丁二烯酸酯（Butadienate）之間所發(fā)生的環(huán)加成反應(yīng)，芳烴（Aromatic hydro?carbons）和丁二烯酸甲酯（Methyl butadienate）之間所發(fā)生的環(huán)加成反應(yīng)；另一類是借助反應(yīng)中間體醛加成形成環(huán)加成產(chǎn)物，比如三氯乙醛（Chloral）和乙烯酮（ketene）之間所發(fā)生的反應(yīng)等。

2.3 縮合反應(yīng)

縮合反應(yīng)（Condensation reaction）主要是指有機(jī)分子在非金屬有機(jī)催化劑的作用下，以共價(jià)鍵結(jié)合，從而生成一個(gè)大分子，同時(shí)在反應(yīng)過程中HCl和H2O等小分子會(huì)失去[4]。主要包括斯托貝縮合反應(yīng)（Stobbe condensation reaction）、苯偶姻縮合反應(yīng)（Benzoin condensation reaction）、珀金縮合反應(yīng)（Perkin conden?sation reaction）等。

2.4 共軛加成

共軛加成（Conjugate addition）主要是指在共軛體系中能夠發(fā)生加成反應(yīng)，在共軛體系兩端進(jìn)行的加成叫做1，4加成或1，6加成，而在單一雙鍵的加成叫做1，2-加成[5]。比如硫醇（Mer?captan）、多氮化合物（Polynitrogen compound）等的共軛加成就是在兩端進(jìn)行的。發(fā)生加成反應(yīng)的原理在于在非金屬有機(jī)催化劑的作用下共軛體系的雙鍵斷開，新物質(zhì)在雙鍵處得以加成形成。在有機(jī)化學(xué)反應(yīng)中，正是由于非金屬有機(jī)催化劑的參與，從而使得整個(gè)反應(yīng)過程效果好、速度較快，同時(shí)對(duì)映選擇性高。

2.5 氫氰化反應(yīng)

過去氫氰化反應(yīng)的催化劑主要選擇的是氰酶，如今則主要選擇的是非金屬有機(jī)催化劑[6]。手性氰醇（Chiral cyanohydrin）通常由氰化鉀（Potassium cyanide）或氰化氫（Hydrogen cyanide）對(duì)酮和醛進(jìn)行不對(duì)稱親核加成來予以制取。氰化氫和醛在手性氰酶催化下進(jìn)行加成是目前比較常用的一個(gè)好方法，有著相對(duì)較高的對(duì)映選擇性和產(chǎn)率，但是缺點(diǎn)是酶的選擇和制取比較復(fù)雜，操作過程較為繁瑣。而如果使用非金屬有機(jī)催化劑則不會(huì)出現(xiàn)上述情況。

3 結(jié)語

總而言之，在有機(jī)化學(xué)反應(yīng)中，就適用范圍方面來說，金屬有機(jī)催化劑更加廣泛一些；就選擇性和催化效率這兩個(gè)方面來說，生物有機(jī)催化劑也有著更加優(yōu)秀的表現(xiàn)，但是相信伴隨非金屬有機(jī)催化劑催化性能的不斷改進(jìn)，在有機(jī)化學(xué)反應(yīng)中所能夠起到的作用將越發(fā)突顯出來。