非均相催化剂二氧化硅负载硫酸氢钠在有机合成中的应用*

王宏社

（宝鸡文理学院 化学化工学院，陕西 宝鸡 721013）

绿色化学已经成为未来合成化学的核心理念，其宗旨在于从根本和源头上最大限度地减少对人类造成的危害，这种绿色化学的理念在为经济带来繁荣的同时也承担了社会责任。发展环境友好型催化剂，是推动绿色有机合成化学向前发展的主要动力之一。二十世纪，有机合成化学将继续发挥其强大的创造力，并且，绿色过程将成为有机合成化学的主题。在有机合成中，采用环境友好型催化剂可以减少毒物的排放和弥补传统有机合成中的种种不足。

NaHSO4/SiO2是一种易于制备、便宜和催化性良好的非均相固体酸催化剂。非均相固体酸催化剂在环境保护和降低成本等方面都具有优势。NaHSO4/SiO2很容易从反应混合物中分离，具有不易腐蚀设备、环境友好和可循环利用等优点，已被广泛应用于有机合成。

1 酯化反应

生物柴油是一种含氧清洁燃料，具有可再生、可生物降解、无毒、不含硫和芳烃、高十六烷值、高闪点、对环境友好等优点。它是替代石油基柴油的理想燃料之一。以NaHSO4/SiO2为催化剂，油酸与甲醇发生酯化反应可以生成生物柴油油酸甲酯[1]。催化剂易与产物分离，对环境污染少，可以重复使用，后处理方便，有很高的开发使用价值。

二元脂肪酸酯是一类重要的酯类化合物。二元脂肪酸酯的传统合成方法是用H2SO4作为酸性催化剂催化二元脂肪酸和相应醇来制备，但该法存在产品收率低、质量差，设备腐蚀严重，“三废”排放量大等缺点。以NaHSO4/SiO2为催化剂，二元脂肪酸和不同的醇（甲醇、乙醇、丁醇和苄醇）反应可以方便地合成一系列二元脂肪酸酯[2]。该法产率高，操作简单，后处理方便，催化剂能回收再利用。

壬酸乙二醇单酯是一种重要的精细化工产品，广泛应用于洗涤、生物、农药、材料等领域，尤其用于生产漂白活性剂和杀虫剂。以NaHSO4/SiO2为催化剂，由壬酸和乙二醇可以制备壬酸乙二醇单酯，酯化率可达92%以上[3]。该法工艺简单、三废少、收率较高、产品容易分离，催化剂可以重复使用多次。

2 Biginelli 反应

通过Biginelli反应合成得到的3,4-二氢嘧啶-2（1H）-酮类化合物具有抗菌、抗病毒、抗肿瘤和抗炎等生物活性。以NaHSO4/SiO2为催化剂，β-酮酸酯、醛和尿素（硫脲）在溶剂乙腈中回流可以三组份一锅法合成嘧啶酮化合物[4]。该法反应时间短，产品产率高。

3 Beckmann 重排反应

Beckmann重排是把酮转变为酰胺的一种重要反应。由酮转变为酰胺在合成许多具有生理活性的天然产物中具有重要的作用。同时，由酮转变为酰胺也被用在尼龙的生产中。以NaHSO4/SiO2为催化剂，在微波照射下，脂肪族或芳香族酮与盐酸羟胺通过Beckmann重排反应可以合成酰胺[5]。该法反应时间短，产率高。

4 β-烯胺酮（酯）的合成

β-烯胺酮（酯）化合物分子中含有N-C＝C-Z（Z=COR,CO2R）结构单元，它们是合成一系列具有生物活性和药理活性物质α-和β-氨基酸、肽、生物碱和吡唑等的重要中间体。以NaHSO4/SiO2为催化剂，在室温下1,3-二羰基化合物和伯胺反应可以合成一系列β-烯胺酮（酯）[6]。该法反应条件温和，产率高，催化剂能回收再利用。催化剂重复使用4次，产物产率仍然在81%以上。

5 二吲哚基甲烷的合成

二吲哚基甲烷广泛存在于天然产物中，具有一系列生物活性。通常二吲哚基甲烷是在酸性环境中由吲哚与醛（酮）合成得到，但是传统催化剂存在污染环境和产率低等不足。以NaHSO4/SiO2为催化剂，在室温下吲哚与醛或酮反应可以合成一系列二吲哚基甲烷[7]。该法反应条件温和，反应时间短。

6 喹唑啉酮的合成

喹唑啉酮及其衍生物在生物学和药学领域有着广泛的应用，例如可作为催眠药、止痛药、镇定剂、抗惊厥剂、止咳药、抗菌药、抗炎药、抗肿瘤药以及抗糖尿病药物等。以NaHSO4/SiO2为催化剂，由邻氨基苯甲酸，原酸酯和胺经一锅法可以合成了喹啉唑酮[8]。该法提供了一种合成喹唑啉酮的简单，高效，环境友好的新颖方法。

7 四取代咪唑的合成

咪唑及其衍生物是许多药物、农药、酶抑制剂及精细化学品的有效结构组分。近年来，选用咪唑成功构筑的多种仿生功能体系，在超分子催化、中性分子或离子的选择性识别以及氨基酸的手性识别等领域的研究异常活跃。在NaHSO4/SiO2催化下，安息香、醛、胺和醋酸铵四组份一锅法可以合成四取代咪唑[9]。该法产率高，反应时间短，环境友好。

8 缩硫醛（酮）的合成

在有机合成上缩硫醛（酮）可以保护羰基。缩硫醛（酮）也可以作为香料。缩硫醛（酮）在天然产物中也有发现，是一类具有开发潜力的新型香料。以NaHSO4/SiO2为催化剂，在室温下醛或酮与硫醇反应可以生成缩硫醛（酮）[10]。该法反应条件温和，产品产率高。

9 α-溴代羰基化合物的合成

α-溴代羰基化合物是合成农药、医药、表面活性剂以及具有生物活性的杂环化合物的重要中间体。它们通常是由羰基化合物与N-溴代丁二酰亚胺（NBS）来合成，但是没有催化剂存在时，反应速率慢，产率低。当以NaHSO4/SiO2作催化剂时，反应时间短、产率高、环境友好、后处理方便、催化剂可重复使用[11]。各种酮、酰胺和β-酮酸酯都可以转化为相应的α-溴代羰基化合物。例如在室温下环己酮可以在30min内生成α-溴代环己酮，其产率是93%。

10 高烯丙基胺的合成

醛、胺和三丁基烯丙基锡的反应是有机化学中构建碳-碳键的重要反应。高烯丙基胺是各种取代烷基胺的前体。以NaHSO4/SiO2为催化剂，在室温下醛、胺和三丁基烯丙基锡三组份一锅法可以高产率地合成高烯丙基胺[12]。

11 氧杂蒽的合成

氧杂蒽类化合物具有广泛的生物和药理活性，如抗菌、抗病毒、消炎、抗过敏和抗癌等，而且在染料、激光技术等方面也有广泛的应用。以β-萘酚和芳醛为原料，NaHSO4/SiO2为催化剂，在无溶剂条件下可以高产率地合成氧杂蒽类化合物[13]。

在聚乙二醇（PEG）介质中，以NaHSO4/SiO2为催化剂，芳香醛与1,3-环己二酮衍生物也可以制备氧杂蒽类化合物[14]。催化剂回收后可以重复使用，重复使用5次其催化活性并无显著降低。

12 三芳基甲烷的合成

三芳基甲烷是一类重要的染料，广泛应用于动植物纤维、皮革、纸张的染色，同时用作复写纸、打字纸的染料。以NaHSO4/SiO2为催化剂，在无溶剂条件下芳醛与噻吩或芳烃发生反应可以生成三芳基甲烷[15]，该法反应时间短，产率高。

13 双香豆素的合成

双香豆素化合物是一类具有抗凝血和抗病毒特性的重要生物活性物质。它们也可用作荧光增白剂和激光染料。在NaHSO4/SiO2催化下，以甲苯为溶剂，芳醛和4-羟基香豆素发生反应可以生成双香豆素化合物[16]。该法产品产率高，催化剂活性高，并可重复使用多次。

14 亚胺的合成

亚胺分子中含有的碳-氮双键是一种类似于碳-氧双键的极性不饱和键，能与许多化合物发生加成、还原等反应，而且许多亚胺本身还具有广泛的生物活性。以NaHSO4/SiO2为催化剂，在微波照射下，醛或酮与伯胺反应可以高产率地生成亚胺[17，18]。

15 结语

NaHSO4/SiO2是一种价格便宜、腐蚀性小、性质稳定、易于从反应混合物中分离和可循环利用的非均相固体酸催化剂。发展非均相固体酸催化剂在有机合成中的应用范围，是实现绿色化学目标的重要方法之一，具有广阔的应用前景。NaHSO4/SiO2催化的各类反应具有反应条件温和、操作简单、产率高等特点，这为新型化合物的合成提供了新的合成方法和策略。

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