交换树脂催化剂在精细化工合成中的价值分析

方标+倪越彪

摘要：新时期背景下，在催化剂行业发展过程中，固体酸催化剂占据重要地位，而离子交换树脂催化剂则是其中应用最为广泛的一种类型。离子交换树脂本身特性较为特殊，强酸强碱、属于大孔结构，为此，将其应用在酸性与碱性催化反应当中具有较为明显的效果。文章将交换树脂催化剂作为重点研究对象，并阐述了在精细化工合成中的实践运用价值，以期有所帮助。

关键词：交换树脂催化剂；精细化工合成；价值；分析

离子交换数值本身属于不溶性的高分子，其属于网状结构且带有官能团，通常情况下以球形颗粒物为主要形态呈现出来。而离子交换树脂特性与类别则受到化学活性基团而决定，通常情况下，可以按照基体类型将离子交换树脂细化成苯乙烯系树脂与丙烯酸系树脂两种，而类别则主要是阳离子树脂与阴离子树脂。其中，前者能够与溶液当中的阳离子完成交换，而后者则能够与溶液当中的阴离子实现交换。

一、离子交换树脂催化剂类型划分

（一）强酸性阳离子树脂

一般来讲，在强酸性阳离子树脂当中包含了诸多强酸性基团，并且很容易在溶液当中分离氢离子，因而具有明显的酸性特征[1]。当溶液中的数值离解以后，且本体所包含的负电基团能够对溶液当中的阳离子进行吸附，最终有效交换树脂当中的氢离子与溶液当中阳离子。而强酸性树脂本身的离解能力较强，因而在酸性与碱性溶液当中都能够发生相应的反应。在对强酸性阳离子树脂使用一段时间以后需进行再生处理，以保证在化学药品的作用下能够保证离子交换反应可以向着反方向进行。这样一来，树脂官能团则能够恢复至原有状态，便于进行重复利用。

（二）弱酸性阳离子树脂

在弱酸性阳离子树脂当中包含了大量的弱酸性集团，也能够在溶液当中将氢离子离解出来。而其离子交换以及强酸性阳离子树脂工作的原理相同，最明显的差异就是其酸性要弱一些。如果处于PH值相对较小的状态下，离子交换的可能性不大，只能够在重型、微酸性亦或是碱性溶液当中才能够发生相应的反应，而保证在酸的作用下实现再生目的[2]。

（三）强碱性阴离子树脂

在强碱性离子树脂当中包含了强碱性集团，能够将水当中所含有的氢氧根离子离解出来，并且以酸性状态呈现出来。其本体本身携带正电基团，能够与溶液当中所含有的阴离子进行吸附与结合，最终实现与阴离子的离子交换目标。而强碱性阴离子树脂本身的离解性较为明显，所以处于任何PH值条件下都能够完成离子的交换目标，随后会在强碱的作用下实现再生。

（四）弱碱性阴离子树脂

在弱碱性阴离子树脂当中包含了众多弱碱性基团，而且能够在水中将氢氧根离子有效地离解出来，以弱碱性的特征呈现出来。其本体携带了正电基团，能够与溶液当中的阴离子进行吸附并结合，进而实现阴离子的交换。但是，弱碱性阴离子树脂只能够在中性亦或是酸性状态之下实现离子交换的目标，并且通过碳酸钠实现再生目标。

二、强酸性离子交换树脂催化剂在精细化工合成中的实践应用

（一）酯化反应中的应用

受强酸性离子交换树脂的催化影响，酸与醇会发生反应进而形成脂。在反应过程中，对于温度的要求并不高，而且副反应也相对较少，具有极强的反应产率。其中，在常压条件之下，乙酸与甲醇能够在35-50摄氏度的温度下发生催化酯化的反应[3]。开展实验的过程中，大孔网络型的离子交换树脂会较大程度地影响酯化反应的催化作用，因而，受强酸性离子交换树脂催化的影响，使得酯化反应的几率相对较大。

如果是在气相条件下，酸与醇发生酯化反应，那么所需具备的反应条件相对温和。特别是强酸性离子交换树脂催化基础上的乙酸与乙醇酯化反应。根据试验结果可以发现，对于低交联状态之下，大孔型离子交换树脂与凝胶型离子交换树脂催化的活性相当，而前者催化的性能是21.36千焦/摩尔，后者催化的性能是20.92千焦/摩尔。对于液相当中的酯化反应，在将强酸性离子树脂当作催化剂使用的过程中，应适当地加入脱水剂，有效地增强酯化反应实际产率。

（二）低聚反应中的应用

把大孔型强酸性离子交换树脂当作催化剂使用，比较常见的低聚反应包含了苯乙烯低聚反应与异丁烯二聚化、三聚化反应[4]。在开展实验研究的过程中，这种类型的强酸性离子交换树脂具有较强的催化活性，而且其他的复合类型催化剂催化的活性应高于强酸性的离子树脂。然而，这种类型催化剂在制作过程中所采用的制作工艺相对复杂，一定程度上增加其自身价格。与此同时，该类型的离子交换树脂不仅催化活性增强，同样也节省了经济成本。而在缩合反应、重排反应以及开环环化反应中，强酸性离子交换树脂所产生的催化作用都十分理想。

（三）水解反应中的应用

对于有机物合成反应来说，一般情况下会在乙二醇与醛的反应基础上，使乙缩醛更好地保护醛基。在反应结束后，需通过乙缩醛保护反应获取高产率醛类有机化合物。而受到大孔型强酸性离子交换树脂的催化作用，产生醇脱水反应，而且在超临界流体化环境下，使醇可以连续不间断地进行脱水反应，最终生成乙缩醛、醚以及缩酮。这种方式所形成的脱水反应而生成的直链烷基醚选择性较高，且重排的产物量并不多。若催化剂选择为 ，在磷酸烯醇丙酮酸二甲酯水解反应之下，所生成的磷酸烯醇丙酮酸单钠盐单水产物，且实际的纯度在98%，同时产率超过80%。如果催化剂采用的是常规类型，那么生成的产物纯度仅为78%，实际的反应产率只有68%[5]。

（四）烷基化反应中的应用

通过烷基化反应能够生成芳香族化合物，一般来讲，会受到路易斯酸与布朗斯特酸的催化作用，使得烷基化试剂能够与醇有效反应。当苯与丙烯亦或是乙烯发生烷基化反应的基础上，会生成异丙基苯与乙苯。目前阶段，大孔型强酸性离子交换树脂类型催化剂被应用在有机反应当中，而且选择性与活泼性特点明显。受大孔型强酸性离子交换树脂的催化作用影响所形成的苯酚烷基化反应可以生成单烷基化产物与直链烷基取代物，实际的产率也相对较高。由于苯酚苯环可以与苯乙烯、甲基乙烯基酮以及异丁烯形成烷基化反应，所以生成的顽疾能够替代苯酚。在此反应当中，一般采用的催化剂都是强酸性离子交换树脂。

结束语：

综上所述，根据以上分析与研究可以发现，离子交换树脂本身属于全新的酯化催化剂，其未来发展前景也较为广阔。因其结构特点独特，所以和溶液当中离子的结合更加容易，实现了催化活性的有效增强，同样也使得离子交换树脂实际的应用范围不断拓展。

参考文献：

[1] 郑乐友，张永钗，李佐政等.交换树脂催化剂在精细化工合成中的应用分析[J].中国化工贸易，2015（5）：148-148.

[2] 張国栋，孙倩.交换树脂催化剂在精细化工合成中的应用思考[J].化工管理，2015（32）：188.

[3] 周腾腾.交换树脂催化剂在精细化工合成中的应用[J].化工管理，2016（10）：95-96.

[4] 梁红冬.强酸性离子交换树脂催化合成丙二醇乙醚乙酸酯[J].精细化工中间体，2016，46（6）：64-66.

[5] 杨雪云，王祚芳，周建等.大孔强酸性阳离子交换树脂催化合成3，3′-二氯-4，4′-二氨基二苯甲烷[J].聚氨酯工业，2014（3）：14-16，20.endprint