硫酸铁铵催化合成的研究进展

赵红红，李波，刘欣（陕西理工学院化学与环境科学学院，陕西汉中723001）

硫酸铁铵催化合成的研究进展

赵红红，李波，刘欣
（陕西理工学院化学与环境科学学院，陕西汉中723001）

摘要：硫酸铁铵是一种稳定高效的催化剂，它可以催化合成缩酮（醛）、酯和多种有机合成中间体。相比于传统的无机酸催化剂，具有价廉易得、便于分离、对设备腐蚀小、环境污染小等优点。通过讨论硫酸铁铵催化合成多种化学产品，综述硫酸铁铵当前研究进展，并对其发展前景进行了展望。

关键词：硫酸铁铵；催化合成；环境污染；缩酮（醛）；酯

缩酮（醛）反应在香料、医学、药物等精细化学合成领域有着重要作用；酯类更是广泛应用于食品、化妆品，具有很高的经济价值[1]；脂肪酸二乙醇酰胺是一类重要的非离子表面活性剂，对金属有润滑防锈的功能，也是重要的有机合成中间体[2]。合成以上产品的传统方法是通过无机酸作催化剂制得，但无机酸的强酸性和强腐蚀性给有机合成带来了诸多困难，寻找一种高效稳定的催化剂已成为诸多学者的研究课题。硫酸铁铵是一种价廉易得的稳定晶体，不溶于有机反应体系，便于分离和除去，操作方便，对设备腐蚀小，对环境的污染小，因而引起了研究人员的广泛关注。目前文献报道指出硫酸铁铵对缩酮（醛）类、酯类、多种有机合成原料和有机中间体的催化合成具有良好催化作用[3]。笔者就近年来硫酸铁铵的催化合成进行综述，以期对研究硫酸亚铁催化合成提供参考依据。

1　硫酸铁铵催化合成缩酮（醛）

醛与酮和醇发生缩合反应形成缩醛（酮）。缩醛（酮）在生活中有很多应用，如可作为酒类、饮料类以及食品的调香和定香；也可以用于油漆和制药工业以及作为有机合成的中间体或目标物；在工业上也可以用于制备阴离子交换树脂等[4]。在其合成过程中，催化剂往往是强的质子酸（如盐酸、硫酸、磷酸等），副反应多、腐蚀设备严重、易污染环境等一直是工业化生产缩醛（酮）的难题，因而寻找高效绿色催化剂迫在眉睫[5-8]。

硫酸铁铵价廉易得，不溶于有机体系，对设备腐蚀小，有着良好的催化效率。杨水金[9]等指出以硫酸铁铵作催化剂合成苯甲醛1，2-丙二醇缩醛的最佳条件为：反应物苯甲醛与1，2 -丙二醇物质的量比为1∶1.5，催化剂用量为0.69，即为反应物料总质量的1.36%，带水剂环己烷用量（苯甲醛用量为0.20mol时）为8mL，反应时间4h。在此条件下，产物收率为83.5%。自1986年家用微波炉用于有机合成以来，微波辅助合成发展迅速，章爱华等[10]运用微波辐射辅助硫酸铁铵催化合成环己酮乙二醇缩酮，考查了酮醇物质的量比、催化剂用量、微波功率和辐射时间对反应收率的影响，得出最佳反应条件为：n（环己酮）∶n（乙二醇）=1∶1.4，催化剂用量为反应物总质量的3.5%，辐射功率450W，辐射时间7min，产物收率达88.1%。利用微波使反应时间缩短，副反应减少，提高了产品产率，具有很好的发展前景。

2　硫酸铁铵催化合成酯类

酯类用于多种行业，例如食品、酒类、保健品、医药、农药、皮革、化妆品以及各种物品的调香和定香[11]。传统方法多以浓硫酸做催化剂，由醇和酸直接酯化。这样除了具有传统无机酸催化的缺点外，还具有产品纯度低，难用于医药等对精细化工原料纯度有着更高要求的领域。因而研究开发新型、绿色高效的催化剂仍是酯类化合物合成的热点[12-13]。

硫酸铁铵可以很好地催化合成酯类化合物，孔祥文[14]等在研究硫酸铁铵催化合成4-羟基- 3-甲氧基肉桂酸戊酯时，发现十二水合硫酸铁铵对4-羟基- 3-甲氧基肉桂酸和正戊醇的缩合反应有很好的催化活性，优惠的工艺条件为：0.2mol 4-羟基- 3-甲氧基肉桂酸与正戊醇醇酸比为2∶1，催化剂用量6g，环己烷30mL，回流下反应3.5h，收率97.0%，含量达到了98.0%。

俞善信[15]等发现硫酸铁铵有催化羧酸的酯化作用,在酯化过程中，反应速度同样是一级醇大于二级醇，特别适用于能与水形成低恒沸物的C3～C5一级醇。在等摩尔的C3～C5一级醇和羧酸的酯化过程中，原料能够充分利用，得到较高收率的羧酸酯。十二水合硫酸铁铵是一种稳定晶体，不易吸潮，保管和使用都很方便，它参加反应后结成淡黄色不溶块状物，在催化酯化过程中不溶于有机溶剂，易与反应液分离，因而在等摩尔酸醇反应中可以简化粗酯的后处理工艺，减少了酯的损失，增加了酯化率，催化活性高[16]，是一种应用前景很好的催化剂。陈学娟等[17]在硫酸铁铵催化合成乙酸正丁酯的研究中，通过单因素实验确定最佳工艺条件为：微波辅助合成，辐射功率为240W，辐射时间为15min，催化剂用量为1.3g，酸醇比为1.2∶1.0，酯化率为98.2%。

3　硫酸铁铵催化合成其它化学产品

3.1硫酸铁铵催化合成1，2；5，6—二-氧-环亚己基-myo-肌醇

肌醇在化学上可看作是环己烷的多元烃基衍生物，几乎所有生物都含有游离态或结合态的肌醇，Myo-肌醇是生物合成有机体重要表面锚分子，糖基磷酯酰肌醇的重要前体，也是合成具有重要细胞功能的第二信使肌醇三磷酸和磷酯酰肌醇的重要原料[18]。因为肌醇的特殊作用，使其受到了学者们的广泛关注。岳智洲[19]通过两步法制备目标产物外消旋1，2；5，6—二-氧-环亚己基- myo-肌醇，通过优化外消旋1，2 -氧-环亚己基- myo-肌醇与环己酮乙二醇缩酮的缩酮化反应条件，即以硫酸铁铵作为催化剂，催化剂用量为5%～10%摩尔比，反应原料1，2 -氧-环亚己基- myo-肌醇和环己酮乙二醇缩酮摩尔比为1∶1.1，反应温度为100℃，最终目标产物外消旋1，2；5，6—二-氧-环亚己基- myo-肌醇的收率可达73.1%（以肌醇计），且催化剂的后处理简单。

3.2硫酸铁铵催化合成脂肪酸二乙醇胺

脂肪酸二乙醇酰胺是一类重要的非离子表面活性剂，对金属有润滑防锈的功能。硫酸铁铵是催化合成二聚酸二乙醇胺的良好催化剂，其反应条件温和、操作方便、腐蚀轻、污染低、产品纯度高，催化合成最佳条件为：硫酸铁铵催化剂的用量（以二聚酸为基数的0.7%）为0.1348g，n（酸）∶n（醇）为1.0∶1.35，反应时间为6h，反应温度为140℃，二聚酸二乙醇胺的转化率达82%以上[20]。

4　展望

硫酸铁铵是一种价廉易得、稳定的催化剂，其难溶于有机反应体系中，产物后处理简单，对反应设备腐蚀小，绿色环保，环境污染小，且保存、运输、使用方便。目前，人们正在不断追求高效易得的催化剂，同时也要实现低成本、低消耗、高产率、少污染的目的，而硫酸铁铵将是其中值得研究的一种，其在“绿色化学”进程中有着良好的应用前景。

参考文献

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doi：10.3969/j.issn.1008- 553X.2015.02.002

中图分类号：O625.21

文献标识码：A

文章编号：1008- 553X（2015）02- 0004- 03

收稿日期：2014- 10- 11

基金项目：陕西理工学院大学生科技爱好者协会创新实验项目（项目编号：UIRP14030）

作者简介：赵红红（1993-），男，化学专业本科在读，研究方向：有机化学和催化化学，18292668764，18292668764@163.com。

Research Progress on Synthesis of Ammonium Ferric Sulfate as Catalyst

ZHAO Hong-hong，LI Bo，LIU xin
（College of Chemistryand Environmental Science，Shaanxi Universityof Technology，Hanzhong 723001，China）

Abstract:Ammoniumferric sulfate is a stable and efficient catalyst，it maycatalyze the synthesis ketal（aldehyde），the ester and manykinds oforganic synthesis intermediate. Compared toconventional mineral acids as catalysts，it is cheap and easyto get，easy to separate and little equipment corrosion and less environmental pollution and so on. The article discussed ammonium ferric sulfate catalyze synthesis a variety of chemical products，and overviewing current research progress of ferric sulfate ofammonia，and the prospects for its development prospects.

Key words:ammoniumferric sulfate；catalyzedsynthesis；environmental pollution; ketal（acetal）；ester