摘要:为了探讨活性炭负载催化剂在有机合成中的应用,并展望其未来发展前景。故而以二氧化硅负载高氯酸为例,针对其Hantzsch反应、Mannich反应等的催化作用及其与高烯丙基胺的合成等展开分析。结果证实二氧化硅负载高氯酸合成性质稳定,可长时间保持其催化活性,其操作简单、产率较高,在新型化合物制备中能够发挥重要作用,且满足绿色合成标准,将成为未来有机合成的主要方式。
关键词:活性炭;催化剂;有机合成
引言
随着生态理念的不断深化,化学合成领域的绿色发展趋势也逐渐明显,采取环保型催化剂视为未来有机合成的主要方向,二氧化硅负载高氯酸(HCIO4/SiO2)的催化作用强、分离性好、成本较低且制备简单,对环境无污染,可循环[1-3]。其应用领域十分广泛。
一、HCIO4/SiO2的有机合成
1、生物柴油
生物柴油(Biodiesel)是以油料作物和垃圾食用油为原材料,通过热化学工艺所制备出来的人工混合能源,属于生物质能,具有环保、可再生特点和较好的润滑性,含硫较低。在船舶、卡车以及农用机械中得到广泛应用。HCIO4/SiO2以其较强的催化活性,生物柴油的酯交换中发挥重要作用。构成最佳催化反应的条件如下,乙醇及大豆油以8:1的比例调配,以大豆油质量为标准,量取5%的催化剂,同时量取正庚烷30%。以8h时长为标准,控制回流反应,最终可获得高达59.8%的生物柴油。
2、酰胺烷基萘酚
此类化合物一般被用作磺胺类药物的制作,发挥中间体作用,可制备精细药品,而HCIO4/SiO2在其中所发挥的作用则是对β-萘酚以及乙腈等进行催化,催化过程一般采取一锅法,将反应物乙腈同时作为反映的溶剂。因此,乙腈用量需超过标准量。加入硝基苯甲醛后,裔2h时长为标准,对反应时间进行控制,最终可获得89%的产率。
3、α-氨基磷酸酯
此类化合物的性质及分类与氨基酸相近,被广泛运用在药物化学领域以及生物化学领域,HCIO4/SiO2的合成催化作用同样需以一锅法为依托,从而对亚磷酸三烷以及芳香胺等进行催化。通常情况下,以65min时长为标准,对反应时间进行控制,可获得95%的产率。
4、取代咪唑
咪唑官能团具有缓蚀作用,通常在过渡金属领域应用,取自生物分子内部,而通过HCIO4/SiO2的催化,可利用一锅法将其他材料合成,取代咪唑。所合成的材料为甲基苯胺、硝基苯甲醛、二苯乙二酮等,以2min时长为标准,对反应时间进行控制,可获得98%的产率。
5、吲哚衍生物
在一些天然产物中,存在着吲哚衍生物,这种衍生物有着很强的生理活性,通过HCIO4/SiO2进行催化,可获得高产率的吲哚衍生物。以一锅法合成,将芳香叔胺以及吲哚和甲醛列为三组分,以30min为时长标准,对反应时间加以控制,可获得84%的产品产率。此外值得一提的是,催化剂的重复使用对产品产率的影响不大,有研究观测显示,重复使用5次,其产率也没有低于80%。
二、HCIO4/SiO2在有机合成中的应用
HCIO4/SiO2具有较强的催化活性,通常情况下以室温保存数月而活性不减[4-5]。再加上其本身性质稳定,易于分离且可循环等特点,使其在多种有机合成过程中都得到广泛应用:
1、Hantzsch反应的催化
在诸多化合物种类中,二氢砒啶具有性能多样性及生物活性多样性特点,而这种特点与其内部结构有关。在催化剂的作用下,醋酸铵以及醛和羰化合物等可以化合为多种不同形式,其最佳产率的催化方案为:以20min时长为标准,对乙酸乙酯及苯甲醛进行反应催化,可获得产率为95%。
2、Mannich反应的催化
在精细化学品催化以及药物制备过程中,Mannich反应发挥着重要作用,通常采取一锅法,针对芳香醛、酮以及芳香胺等材料,基于HCIO4/SiO2的催化效果进行催化合成。在HCIO4/SiO2的催化下,可降低催化剂量,不会产生各种相关的副反應。其时长标准为2h,在该时间标准控制下,可获得98%的产率。
3、Hosomi-Sakurai反应的催化
在C-C键的合成过程中,Hosomi-Sakurai反应得到了十分广泛的应用,其操作便捷性好,实用性强,在常规室温下即可完成。可将脂肪族、芐基醇等材料,进行烯丙基反应,最终合成所需化合物。通常其反应时间标准为15min,可获得97%的高产率。
4、环化-氧化反应的催化
喹喔啉的生物活性较强,在杂环化合物中具有十分重要的地位,是医药化学领域的重要化合物,其化合过程同样可采用HCIO4/SiO2催化,可产生喹喔啉。在催化反应过程中,将反应时间控制在15min,其产品产率可达到94%。
5、烷基化反应的催化
有机合成领域,烷基化反应地位十分重要,通过这种反应形式,能够获得诸多药用领域的化学分子,采用HCIO4/SiO2催化,相比其他催化方法,环保性更强,反应速度更快,且操作相对简单。将酰胺和脂肪醇等进行烷基化合,以2h为标准,控制化合催化时间,可获得高达98%的产率。
总结:
综上所述,二氧化硅负载高氯酸合成性质稳定,可长时间保持其催化活性,其操作简单、产率较高。可用于新型化合物制备,而且具有可重复性、环保型优势,在今后的化学有机合成领域,将得到广泛应用。
参考文献:
[1]胡华国,王玉萍,顾凌燕,彭盘英.活性炭负载N掺杂TiO_2光催化剂的制备及其可见光催化活性研究[J].南京师大学报(自然科学版),2010,01:52-58.
[2]黄国文,滕茂林,黄友群,李青,彭旭红,帅梅,全学军.活性炭负载TiO_2光催化剂对苯酚的催化降解[J].重庆理工大学学报(自然科学版),2010,08:27-31.
[3]冒爱琴,王华,谈玲华,蔺向阳,潘仁明.酸处理活性炭对其负载的RbNO_3-KF催化剂气相合成C_2F_5I反应性能的影响[J].催化学报,2011,06:1011-1016.
[4]陈伟,郑允民,廖卫平,金明善,索掌怀.活性炭负载Pt_m^Au催化剂的制备与甲醇电催化氧化反应活性[J].烟台大学学报(自然科学与工程版),2012,04:265-268.
[5]李石擎,高晓燕,曹青喜,訾言勤,王广健.微波辅助活性炭负载氧化亚铜可见光催化剂制备及应用[J].淮北师范大学学报(自然科学版),2015,02:34-40.
作者简介:
杨荣 研究方向 应用化学 学历在读安康学院单位 安康学院